JP2009120465A - Semi-insulating nitride semiconductor substrate and method of manufacturing the same, nitride semiconductor epitaxial substrate and field-effect transistor - Google Patents

Semi-insulating nitride semiconductor substrate and method of manufacturing the same, nitride semiconductor epitaxial substrate and field-effect transistor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semi-insulating nitride semiconductor crystal substrate with less warpage and free from cracking, and to provide a method for manufacturing the substrate. <P>SOLUTION: A mask in which dotted or striped coating portions having a width or a diameter s from 10 μm to 100 μm are arranged at an interval w from 250 μm to 2,000 μm is formed on an underlying substrate. A nitride semiconductor crystal is grown on the underlying substrate by an HVPE method at a growth temperature from 1,040°C to 1,150°C by supplying a group III raw material gas and a group V raw material gas having a V/III group ratio b of 1 to 10, and a gas containing iron, and removing the underlying substrate to thereby obtain a free-standing semi-insulating nitride semiconductor substrate having a resistivity of not less than 1×10<SP>5</SP>Ωcm, a thickness of not less than 100 μm and a radius of curvature in the warpage of not less than 3 m. Further, a method of manufacturing a device using the above substrate is obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、半絶縁性の窒化物半導体基板とその製造方法並びに窒化物半導体エピタキシャル基板及び電界効果トランジスタに関する。窒化物半導体というのは窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化インジウム(InN)と混晶のInGaN、AlInGaNなどを指す。下地基板の上に付着した薄膜ではなく、自立した結晶基板を対象にする。ここでは主にGaNについて述べる。窒化ガリウム(GaN)はバンドギャップが広いので青色発光素子の材料として利用される。    The present invention relates to a semi-insulating nitride semiconductor substrate, a manufacturing method thereof, a nitride semiconductor epitaxial substrate, and a field effect transistor. A nitride semiconductor refers to gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), indium nitride (InN) and mixed crystals of InGaN, AlInGaN, and the like. The target is not a thin film attached on the base substrate but a self-supporting crystal substrate. Here, GaN is mainly described. Since gallium nitride (GaN) has a wide band gap, it is used as a material for blue light-emitting elements.

青色の発光ダイオード、半導体レーザなどの発光素子は従来、サファイヤ単結晶基板(α−Al)の上にInGaN、GaN、AlInGaNなどの窒化物半導体薄膜結晶をエピタキシャル成長させることによって製造されてきた。サファイヤは窒化ガリウムと同じ六方晶系(hexagonal system)である。サファイヤC面結晶の上にGaNのC面薄膜を成長させる。 Conventionally, light emitting devices such as blue light emitting diodes and semiconductor lasers have been manufactured by epitaxially growing nitride semiconductor thin film crystals such as InGaN, GaN, and AlInGaN on a sapphire single crystal substrate (α-Al 2 O 3 ). . Sapphire is the same hexagonal system as gallium nitride. A GaN C-plane thin film is grown on the sapphire C-plane crystal.

しかしサファイヤ基板は絶縁性でありn電極を底面から取ることができないし、GaNの劈開面と、サファイヤ基板の劈開面が異なるので、切断用機械で分離しなければならず、手間と時間が掛かりチップ分離の歩留まりが悪いという難点がある。   However, since the sapphire substrate is insulative and the n-electrode cannot be taken from the bottom surface, and the cleavage surface of the GaN and the cleavage surface of the sapphire substrate are different, it must be separated by a cutting machine, which takes time and effort. There is a drawback that the yield of chip separation is poor.

また窒化ガリウム(GaN)とサファイヤでは格子定数がかなり違う。サファイヤ基板上に成長させたGaNは多大の転位密度がある。また反りも大きい。そこで窒化ガリウム自体を基板とするため、窒化ガリウムで基板結晶を作製するという試みがなされた。窒化ガリウムはバンドギャップが広く青色発光素子の好適の材料として考えられてきた。発光素子の場合、底面にn電極、頂点にp電極を取るのが好都合なので導電性の高い基板が望まれる。   Also, the lattice constants of gallium nitride (GaN) and sapphire are quite different. GaN grown on a sapphire substrate has a large dislocation density. The warpage is also large. Therefore, in order to use gallium nitride itself as a substrate, an attempt was made to produce a substrate crystal with gallium nitride. Gallium nitride has been considered as a suitable material for blue light-emitting elements because of its wide band gap. In the case of a light-emitting element, it is convenient to take an n-electrode on the bottom and a p-electrode on the apex, so that a highly conductive substrate is desired.

窒化物半導体基板の製造もこれまでは自由電子密度の高いn型の窒化物半導体結晶の成長が目指されてきた。現在2インチ径のn型のGaNの自立基板を製造することが可能になっている。本発明はn型でなく半絶縁性の窒化物半導体の成長に関する。 In the manufacture of nitride semiconductor substrates, the growth of n-type nitride semiconductor crystals having a high free electron density has been aimed at. Currently, it is possible to produce n-type GaN free-standing substrates having a diameter of 2 inches. The present invention relates to the growth of nitride semiconductors that are semi-insulating rather than n-type.

GaNはバンドギャップが広いということの他に電子デバイスとして用いた場合、優れた特質がある。例えば、電界効果トランジスタ(FET)の材料としては現在のところ殆どSiが使われている。しかし電子移動度や耐電圧特性などに関してはSi半導体よりもGaN半導体の方が優れていると思われている。GaNの電子移動度はSiより高いし、ブレークダウン電圧はSiより高い。もしもGaNによってFETを作ることができれば、Siよりも高速で大電流大電圧のFETとなる可能性がある。AlGaN/GaNのような接合を作れば、AlGaN/GaNの境界でやはり二次元電子ガスが生成されるだろうと言われている。二次元電子ガスは高速走行することであろう。   In addition to having a wide band gap, GaN has excellent characteristics when used as an electronic device. For example, currently Si is mostly used as a material for field effect transistors (FETs). However, GaN semiconductors are considered to be superior to Si semiconductors in terms of electron mobility and withstand voltage characteristics. The electron mobility of GaN is higher than that of Si, and the breakdown voltage is higher than that of Si. If an FET can be made of GaN, there is a possibility that it will be a high-current, high-voltage FET that is faster than Si. It is said that if a junction such as AlGaN / GaN is made, a two-dimensional electron gas will still be generated at the AlGaN / GaN boundary. Two-dimensional electron gas will run at high speed.

本発明は従来のように光素子の材料としてではなく、FETの材料としての窒化物半導体結晶の製造を目指すものである。   The present invention aims to manufacture a nitride semiconductor crystal as a material for an FET, not as a material for an optical element as in the prior art.

もしもGaN/AlGaN薄膜を利用したFETを作るとすれば、初めはサファイヤ基板の上に作るということになるであろう。FETはドレイン、ゲート、ソースの電極が半導体層の上に近接して形成され電流は水平に流れる。上面に並べてソース、ゲート、ドレイン電極を設ければ良い。基板内を縦方向に流れる発光素子の場合とはその点で異なる。   If an FET using a GaN / AlGaN thin film is made, it will be made on a sapphire substrate at first. In the FET, drain, gate and source electrodes are formed close to each other on the semiconductor layer, and current flows horizontally. A source, gate, and drain electrode may be provided side by side on the top surface. This is different from the case of a light emitting element that flows in the vertical direction in the substrate.

FETの場合は裏面n電極の問題がないので絶縁性サファイヤ基板でも良いのであるが、やはり格子不整合という問題は残る。さらにコストの問題もありGaN系のFETはまだまだ実用化には遠い。   In the case of an FET, an insulating sapphire substrate may be used because there is no problem of the back surface n electrode, but the problem of lattice mismatch still remains. Furthermore, due to cost problems, GaN FETs are still far from practical use.

しかしもしもGaNーFETを作る場合、格子整合の点から、サファイヤ基板よりもGaN結晶基板を使ってその上にGaN、AlGaNなどのエピタキシャル薄膜を形成してFETとする方が良いであろう。   However, if a GaN-FET is to be made, it is better to use a GaN crystal substrate rather than a sapphire substrate and form an epitaxial thin film such as GaN or AlGaN on the GaN substrate rather than a sapphire substrate.

FETの基板であるから高伝導性のn型でなく、高抵抗の絶縁性のものが望まれる。これまでの発光素子用のGaN結晶基板に要求されてきた性質とは大きく異なる。本発明はFETの基板として用いることのできる絶縁性のGaN基板結晶の製造方法に関する。   Since it is a substrate for an FET, an insulating material having a high resistance is desired instead of a highly conductive n-type. This is very different from the properties required for the conventional GaN crystal substrates for light emitting devices. The present invention relates to a method for producing an insulating GaN substrate crystal that can be used as an FET substrate.

まずドーパントについて述べる。従来、青色発光素子のためにGaNやInGaNの薄膜が用いられてきた。p型にするにはMgやZnをドープする。n型にするにはSiをドープする。本発明者等はn型GaN基板とするために酸素をドープすれば良いことを最初に見出した。よってn型のドーパントはSi、Oである。それではGaN結晶を絶縁性にするためのドーパントに何を使うか、またどのような条件で作製するのか?という問題がある。   First, the dopant will be described. Conventionally, GaN and InGaN thin films have been used for blue light emitting devices. To make it p-type, Mg or Zn is doped. To make it n-type, Si is doped. The inventors of the present invention first found out that oxygen may be doped to form an n-type GaN substrate. Therefore, n-type dopants are Si and O. Then, what is used as a dopant for making the GaN crystal insulative and under what conditions? There is a problem.

発光素子を製造するため、サファイヤ基板の上に窒化物半導体薄膜(GaN、InGaN、AlGaN薄膜)を形成する場合、MOCVD法が用いられることが多い。気相合成法であるから原料は気体の形で与えられる。窒素はアンモニア(NH)の形で与えられる。MOCVD法は3族元素を有機金属の形で与える。ガリウム、インジウムなど3族元素の有機金属(トリメチルガリウム、トリエチルインジウムなど)とNHを原料として加熱したサファイヤ基板の上に供給する。 When a nitride semiconductor thin film (GaN, InGaN, AlGaN thin film) is formed on a sapphire substrate in order to manufacture a light emitting element, the MOCVD method is often used. Since it is a gas phase synthesis method, the raw material is given in a gaseous form. Nitrogen is provided in the form of ammonia (NH 3 ). The MOCVD process gives Group 3 elements in the form of organometallics. A group 3 element organic metal such as gallium or indium (trimethylgallium, triethylindium or the like) and NH 3 are used as raw materials and supplied onto a heated sapphire substrate.

GaN系の半導体薄膜を気相合成法で作るにはHVPE法もよく使われる。これはGa金属融液を入れたGaボートをサセプタの上に設け、HClを吹き込んでGaClを合成しこれをGa原料とするものである。従って原料ガスはGaClとアンモニアである。   The HVPE method is often used to produce a GaN-based semiconductor thin film by a vapor phase synthesis method. In this method, a Ga boat containing a Ga metal melt is provided on a susceptor, and HCl is blown to synthesize GaCl, which is used as a Ga raw material. Accordingly, the source gases are GaCl and ammonia.

ドーパントの問題であるが、GaNを絶縁性にするには鉄(Fe)をドープする。鉄(Fe)はGaNのバンドギャップの中に深い準位を形成しn型キャリヤ(自由電子)を捕獲するのでキャリヤが減少する。そのためにGaN結晶は半絶縁性となる。完全な絶縁性でないから半絶縁性(Semi−insulating;SI−GaN)と言うが、FETの基板とするには差し支えない程の高い抵抗率を持っている。気相成長の窒化物半導体の内部へ添加するのだから気体の鉄化合物を使う必要がある。例えばビスシクロペンタジエニル鉄((CFe)、ビスメチルシクロペンタジエニル鉄((CHFe)などを使う。 As a matter of dopant, iron (Fe) is doped to make GaN insulative. Iron (Fe) forms deep levels in the band gap of GaN and captures n-type carriers (free electrons), so that the number of carriers decreases. For this reason, the GaN crystal becomes semi-insulating. It is called semi-insulating (SI-GaN) because it is not completely insulating, but it has such a high resistivity that it can be used as a substrate for an FET. Since it is added to the inside of the vapor-grown nitride semiconductor, it is necessary to use a gaseous iron compound. For example, biscyclopentadienyl iron ((C 5 H 5 ) 2 Fe), bismethylcyclopentadienyl iron ((CH 3 C 5 H 4 ) 2 Fe), or the like is used.

特許文献1はGaAs基板の上に窓直径が1〜5μmで、窓ピッチが4μm〜10μmの)マスクを付けGaNバッファ層を形成し、その上にGaNを820℃又は970℃でMOCVD法により、又は970℃、1000℃、1010℃、1020℃、1030℃でHVPE法によりC面成長させて厚いGaN結晶を得るような手法を述べている。   In Patent Document 1, a GaN buffer layer is formed on a GaAs substrate with a window diameter of 1 to 5 μm and a window pitch of 4 μm to 10 μm, and GaN is formed thereon by MOCVD at 820 ° C. or 970 ° C. Alternatively, a technique is described in which a thick GaN crystal is obtained by C-plane growth by HVPE at 970 ° C., 1000 ° C., 1010 ° C., 1020 ° C., and 1030 ° C.

特許文献1は微細窓を持つマスクを使うものである。図1にマスクの一例の平面図を示す。広い被覆部Mの中に、多数の小さい窓Wが規則正しく並んでいるようなマスクである。窓Wから下地基板Uが露呈している。被覆部Mの方が開口部(窓W)より面積が広い。   Patent Document 1 uses a mask having a fine window. FIG. 1 shows a plan view of an example of a mask. A mask in which a large number of small windows W are regularly arranged in a wide covering portion M. The base substrate U is exposed from the window W. The area of the covering portion M is larger than that of the opening (window W).

マスク法による転位低減の原理を図2によって説明する。図2(1)〜(7)はマスク法の結晶成長の様子の断面図を示す。図2(1)に示すように、マスクMはマスク材を下地基板Uの上に形成し小さい窓Wを規則正しく設けたものである。窒化ガリウムを気相成長させると窓Wの中だけに窒化ガリウム結晶Gができる。結晶Gと下地基板Uの境に多数の上向きの転位Tが発生する(図2(2))。   The principle of dislocation reduction by the mask method will be described with reference to FIG. 2 (1) to 2 (7) are cross-sectional views showing the state of crystal growth by the mask method. As shown in FIG. 2A, the mask M is a mask material formed on the base substrate U and provided with small windows W regularly. When gallium nitride is vapor-phase grown, a gallium nitride crystal G is formed only in the window W. Many upward dislocations T are generated at the boundary between the crystal G and the base substrate U (FIG. 2B).

成長が進むと窓W上の結晶の一部がマスクMの上に乗り上がりマスクの上を横方向に伸びていく(図2(3))。横方向に成長するので転位Tも横に伸びる。横面は低面指数のファセットFになる。図2(4)のように結晶Gは上方向にも横方向にも伸び円錐台形状になる。台の上面はC面(C)である。図2(5)のように隣接窓から伸びてきた結晶が接触する。転位Tは横向きに伸び転位Tが衝突する。それによって転位が打ち消し合う。   As the growth proceeds, a part of the crystal on the window W rides on the mask M and extends laterally on the mask (FIG. 2 (3)). Since it grows in the horizontal direction, the dislocation T also extends in the horizontal direction. The lateral surface is facet F with a low index. As shown in FIG. 2 (4), the crystal G extends in the upward and lateral directions and has a truncated cone shape. The upper surface of the table is a C surface (C). As shown in FIG. 2 (5), crystals extending from adjacent windows come into contact. The dislocation T stretches sideways and collides with the dislocation T. As a result, the dislocations cancel each other.

図2(6)のようにファセットFの溝が埋められ小さくなっていく。やがてファセットの成す凹部が埋められて平坦な表面Cとなる。平坦表面はC面である。以後平坦なC面を表面として成長を続ける。転位Tは窓Wの上で多く、マスクMの上で少ない。   As shown in FIG. 2 (6), the groove of the facet F is filled and becomes smaller. Eventually, the concave portion formed by the facet is filled to form a flat surface C. The flat surface is a C plane. Thereafter, the growth is continued with the flat C-plane as the surface. The dislocation T is large on the window W and small on the mask M.

特許文献1は成長温度や原料分圧などが具体的に示されているので重要な従来技術である。成長温度について引用文献1は次のように述べている。HVPE法の場合、成長温度は970℃、1000℃、1010℃、1020℃、1030℃である。MOCVD法の場合、成長温度は820℃、970℃である。   Patent Document 1 is an important conventional technique because the growth temperature, the raw material partial pressure, and the like are specifically shown. Reference 1 describes the growth temperature as follows. In the case of the HVPE method, the growth temperature is 970 ° C., 1000 ° C., 1010 ° C., 1020 ° C., 1030 ° C. In the case of the MOCVD method, the growth temperatures are 820 ° C. and 970 ° C.

HVPE法では原料はHCl、Ga融液、NHである。3族原料はGa融液とHClガスを反応させGaClとする。供給される3族原料と5族原料の量ははGaClの分圧PGaClとNHの分圧PNH3によって表現される。3族と5族原料の比率bはNH分圧PNH3とGaClの分圧PGaClの比率によって表すことができる。つまりb=PNH3/PGaClというように定義される。 In the HVPE method, the raw materials are HCl, Ga melt, and NH 3 . The Group 3 raw material is made GaCl by reacting Ga melt with HCl gas. The amount of the Group 3 material and the Group 5 material to be supplied is expressed by the partial pressure P GaCl of GaCl and the partial pressure P NH3 of NH 3 . The ratio b of the Group 3 and Group 5 materials can be expressed by the ratio of the NH 3 partial pressure P NH 3 and the GaCl partial pressure P GaCl . That is, it is defined as b = P NH3 / P GaCl .

マスク法によってできたGaN結晶の比抵抗rはr=0.005Ωcm〜0.08Ωcmの範囲にあるとしている。   The specific resistance r of the GaN crystal produced by the mask method is assumed to be in the range of r = 0.005 Ωcm to 0.08 Ωcm.

特許文献1の実施例で述べられたMOCVD法による成長条件は次のようである。   The growth conditions by the MOCVD method described in the example of Patent Document 1 are as follows.

成長温度Tq、NH分圧PNH3、TMG分圧PTMG、5/3族比bの順に示す。
970℃ 20kPa 0.2kPa 100倍
970℃ 25kPa 0.2kPa 100倍
820℃ 20kPa 0.3kPa 67倍
970℃ 20kPa 0.2kPa 100倍
1000℃ 20kPa 0.4kPa 50倍
970℃ 25kPa 0.5kPa 50倍
The growth temperature Tq, NH 3 partial pressure P NH3 , TMG partial pressure P TMG , and 5/3 group ratio b are shown in this order.
970 ° C 20 kPa 0.2 kPa 100 times
970 ° C 25 kPa 0.2 kPa 100 times
820 ° C 20 kPa 0.3 kPa 67 times
970 ° C 20 kPa 0.2 kPa 100 times
1000 ° C 20 kPa 0.4 kPa 50 times
970 ° C 25 kPa 0.5 kPa 50 times

特許文献1の実施例で述べられたHVPE法による成長条件は次のようである。   The growth conditions by the HVPE method described in the example of Patent Document 1 are as follows.

成長温度Tq、NH分圧PNH3、HCl分圧PHCl、5/3族比bの順に示す。
970℃ 25kPa 2kPa 12.5倍
970℃ 25kPa 2.5kPa 10倍
970℃ 25kPa 0.5kPa 50倍
1000℃ 20kPa 2kPa 10倍
950℃ 25kPa 2kPa 12.5倍
1020℃ 25kPa 2kPa 12.5倍
1000℃ 25kPa 2kPa 12.5倍
1010℃ 25kPa 2kPa 12.5倍
1030℃ 25kPa 2kPa 12.5倍
The growth temperature Tq, NH 3 partial pressure P NH3 , HCl partial pressure P HCl , and 5/3 group ratio b are shown in this order.
970 ° C 25kPa 2kPa 12.5 times
970 ° C 25 kPa 2.5 kPa 10 times
970 ° C 25 kPa 0.5 kPa 50 times 1000 ° C 20 kPa 2 kPa 10 times
950 ° C 25kPa 2kPa 12.5 times
1020 ° C 25kPa 2kPa 12.5 times
1000 ° C 25 kPa 2 kPa 12.5 times 1010 ° C 25 kPa 2 kPa 12.5 times 1030 ° C 25 kPa 2 kPa 12.5 times

特許文献2はGaAs基板の上に細かい窓を千鳥状に有するマスクを形成しその上にHVPE法でC面を維持しながらGaNを厚く成長させGaAs基板を除去して、20mm以上の直径を持ち70μm以上の厚みを持ち撓み(反り)が50mm直径に換算して0.55mm以下の自立GaN基板を提供している。50mm直径のウエハ−で中心の撓み(反り)が0.55mmということは曲率半径Rに直すと、約600mm=0.6mということである。   In Patent Document 2, a mask having fine windows in a staggered pattern is formed on a GaAs substrate, and GaN is grown thickly while maintaining the C plane by the HVPE method, and the GaAs substrate is removed to have a diameter of 20 mm or more. A self-standing GaN substrate having a thickness of 70 μm or more and a deflection (warpage) of 0.55 mm or less in terms of a diameter of 50 mm is provided. A 50 mm diameter wafer having a center deflection (warp) of 0.55 mm is approximately 600 mm = 0.6 m in terms of the radius of curvature R.

特許文献2はHVPE法で成長温度を970℃、1020℃、1030℃とし、GaCl分圧PGaClを1kPa又は2kPa(0.01〜0.02atm)とし、NH分圧を4kPa又は6kPaとしている。GaCl分圧をPGaCl=1kPaとすると表面は平坦であるが反りが大きく内部応力が巨大で割れ易く使用不可能な結晶ができ、70μm以上の膜厚にできないと述べている。 In Patent Document 2, the growth temperature is 970 ° C., 1020 ° C., 1030 ° C. by HVPE method, GaCl partial pressure P GaCl is 1 kPa or 2 kPa (0.01-0.02 atm), and NH 3 partial pressure is 4 kPa or 6 kPa. . It is stated that when the GaCl partial pressure is P GaCl = 1 kPa, the surface is flat but the warpage is large, the internal stress is huge, the crystal is easy to crack and cannot be used, and the film thickness cannot be 70 μm or more.

反対にGaCl分圧をPGaCl=2kPaとすると表面は荒れているが反りが小さく内部応力の小さい結晶ができると述べている。NH分圧は6kPa、12kPa、24kPaである。5/3族比bはb=3、6、12である。曲率半径は1m程度である。比抵抗は0.0035〜0.0083Ωcmである。n型結晶である。 On the contrary, when the GaCl partial pressure is set to P GaCl = 2 kPa, the surface is rough, but it is described that a crystal with small warpage and small internal stress is formed. NH 3 partial pressures are 6 kPa, 12 kPa, and 24 kPa. The 5/3 group ratio b is b = 3, 6, 12. The radius of curvature is about 1 m. The specific resistance is 0.0035 to 0.0083 Ωcm. It is an n-type crystal.

特許文献2の実施例で述べられた成長条件は次のようである。   The growth conditions described in the example of Patent Document 2 are as follows.

成長温度Tq、NH分圧PNH3、GaCl分圧PGaCl、5/3族比bの順に示す。
1030℃ 4kPa 1kPa 4倍
1030℃ 6kPa 1kPa 6倍
970℃ 6kPa 2kPa 3倍
970℃ 6kPa 1kPa 6倍
970℃ 6kPa 1kPa 6倍
1020℃ 6kPa 2kPa 3倍
1020℃ 6kPa 2kPa 3倍
1030℃ 6kPa 1kPa 6倍
970℃ 6kPa 2kPa 3倍
970℃ 12kPa 2kPa 6倍
970℃ 24kPa 2kPa 12倍
The growth temperature Tq, NH 3 partial pressure P NH3 , GaCl partial pressure P GaCl , and 5/3 group ratio b are shown in this order.
1030 ° C 4kPa 1kPa 4 times
1030 ℃ 6kPa 1kPa 6 times
970 ℃ 6kPa 2kPa 3 times
970 ° C 6kPa 1kPa 6 times
970 ° C 6kPa 1kPa 6 times
1020 ° C 6 kPa 2 kPa 3 times
1020 ° C 6 kPa 2 kPa 3 times
1030 ℃ 6kPa 1kPa 6 times
970 ℃ 6kPa 2kPa 3 times
970 ° C 12kPa 2kPa 6 times
970 ° C 24kPa 2kPa 12 times

特許文献3はGaAs基板の上に[11−2]方向に一定間隔をおいて並び[−110]方向に半ピッチずれた点状の窓を有するマスク、或いは[11−2]方向に伸びるストライプ状窓を有するマスク或いは[−110]方向に伸びるストライプ状の窓を有するマスクを形成し、バッファ層を設け、HVPE法によりGaNをC面を保持しながらエピタキシャル成長させ基板とマスクを除去してGaNの自立単結晶基板を製造する方法を提案する。   Patent Document 3 discloses a mask having dotted windows arranged on a GaAs substrate at regular intervals in the [11-2] direction and shifted by a half pitch in the [−110] direction, or a stripe extending in the [11-2] direction. A mask having a window or a mask having a stripe-like window extending in the [−110] direction is formed, a buffer layer is provided, GaN is epitaxially grown by HVPE while holding the C plane, and the substrate and the mask are removed. A method for manufacturing a self-standing single crystal substrate is proposed.

特許文献3も図1のような、小さい多数の窓を狭いピッチで縦横に並べたマスクを下地基板Uの上に形成し、GaNを気相成長させ、転位を減少させる手法である。GaCl分圧PGaClは1kPa(0.01atm)と2kPa(0.02atm)の2つの場合がある。1kPaの場合、表面平坦であるが内部応力が大きく反りも大きく割れ易いGaN結晶ができると述べている。2kPaの場合、表面は粗面であり内部応力が小さく反りが小さく割れ難いGaN結晶ができると述べている。 Patent Document 3 is also a method of reducing dislocations by forming a mask having a large number of small windows arranged vertically and horizontally on a base substrate U as shown in FIG. GaCl partial pressure P GaCl was in some cases 1kPa two (0.01 atm) and 2 kPa (0.02 atm). In the case of 1 kPa, it is stated that a GaN crystal having a flat surface but large internal stress, large warpage, and easy cracking can be obtained. In the case of 2 kPa, it is stated that the surface is rough, and a GaN crystal having a small internal stress and a small warp and hardly cracked can be formed.

成長温度が1020℃、1030℃の場合は表面平坦で内部応力大きく割れ易いといっている。   It is said that when the growth temperature is 1020 ° C. or 1030 ° C., the surface is flat and the internal stress is large and cracks easily.

970℃の成長温度でGaCl分圧が2kPaの場合で厚い結晶の場合に粗面で内部応力が小さく反りも小さいGaN結晶ができると言っている。NH分圧PNH3は6kPa〜12kPaである。 In the case of a thick crystal with a GaCl partial pressure of 2 kPa at a growth temperature of 970 ° C., it is said that a GaN crystal having a rough surface with small internal stress and small warpage can be formed. The NH 3 partial pressure P NH3 is 6 kPa to 12 kPa.

まとめると、特許文献3では、反り、内部応力が小さく割れ難い粗面GaN結晶の製造のための温度は970℃、GaCl分圧は2kPa、NH分圧は6〜12kPa、5/3族比bは3〜6程度である。比抵抗は0.01Ωcm〜0.017Ωcmでn型である。 In summary, in Patent Document 3, the temperature for manufacturing a rough GaN crystal which is warped and has low internal stress and is difficult to crack is 970 ° C., GaCl partial pressure is 2 kPa, NH 3 partial pressure is 6 to 12 kPa, and 5/3 group ratio. b is about 3-6. The specific resistance is 0.01 Ωcm to 0.017 Ωcm and is n-type.

特許文献3の実施例で述べられたHVPE成長条件は次のようである。   The HVPE growth conditions described in the example of Patent Document 3 are as follows.

成長温度Tq、NH分圧PNH3、GaCl分圧PGaCl、5/3族比bの順に示す。
1030℃ 4kPa 1kPa 4倍
1030℃ 6kPa 1kPa 6倍
970℃ 6kPa 2kPa 3倍
970℃ 6kPa 1kPa 6倍
970℃ 6kPa 1kPa 6倍
1020℃ 6kPa 2kPa 3倍
1020℃ 6kPa 2kPa 3倍
1030℃ 6kPa 1kPa 6倍
970℃ 6kPa 2kPa 3倍
970℃ 12kPa 2kPa 6倍
970℃ 24kPa 2kPa 12倍
The growth temperature Tq, NH 3 partial pressure P NH3 , GaCl partial pressure P GaCl , and 5/3 group ratio b are shown in this order.
1030 ° C 4kPa 1kPa 4 times
1030 ℃ 6kPa 1kPa 6 times
970 ℃ 6kPa 2kPa 3 times
970 ° C 6kPa 1kPa 6 times
970 ° C 6kPa 1kPa 6 times
1020 ° C 6 kPa 2 kPa 3 times
1020 ° C 6 kPa 2 kPa 3 times
1030 ℃ 6kPa 1kPa 6 times
970 ℃ 6kPa 2kPa 3 times
970 ° C 12kPa 2kPa 6 times
970 ° C 24kPa 2kPa 12 times

特許文献4は2重、3重のELOマスク(Epitaxial Lateral Overgrowth)を交互に重畳するように設けて転位を減らし、Siドープn型のGaN結晶をMOCVD法、HVPE法によってC面を維持しながら成長させる。ELOマスクは窓で転位密度が大、マスク上で転位密度が小となるので窓が食い違うように2重、3重にELOマスクを付けると転位密度を減らせるという。MOCVD法の場合、5/3族比bは、30倍〜2000倍が良い条件であると述べている。   In Patent Document 4, double and triple ELO masks (Epitaxial Lateral Overgrowth) are alternately provided so as to reduce dislocations, while maintaining the C-plane of Si-doped n-type GaN crystals by MOCVD and HVPE. Grow. Since the ELO mask has a large dislocation density at the window and a small dislocation density on the mask, the dislocation density can be reduced by attaching double or triple ELO masks so that the windows are different. In the case of the MOCVD method, it is stated that the 5/3 group ratio b is 30 to 2000 times as a good condition.

実施例では5/3族比b=1200倍、2222倍、1800倍、1500倍、800倍、30倍という比率の原料ガスを用いている。HVPEについては述べていない。n型ドーパントはSiである。シランガス(SiH)をドーピングに用いる。初めにMOCVD法でELOマスクの窓の上まで台形結晶を作りELOマスク上で合体する直前にHVPE法に切り替える。好ましい成長温度は950℃〜1050℃と述べている。 In the embodiment, the raw material gas having a ratio of 5/3 group ratio b = 1200 times, 2222 times, 1800 times, 1500 times, 800 times, and 30 times is used. HVPE is not mentioned. The n-type dopant is Si. Silane gas (SiH 4 ) is used for doping. First, a trapezoidal crystal is formed on the window of the ELO mask by the MOCVD method, and the HVPE method is switched immediately before being merged on the ELO mask. The preferred growth temperature is stated as 950 ° C. to 1050 ° C.

特許文献5は特許文献4とほぼ同じであり、2重、3重のELOマスクによって転位を減らす工夫を提案している。
特許文献6は酸素をn型ドーパントとしてGaNにドーピングすることによってn型GaN基板を製造する方法を初めて提案している。
Patent Document 5 is almost the same as Patent Document 4, and proposes a device for reducing dislocations by using a double or triple ELO mask.
Patent Document 6 proposes for the first time a method for producing an n-type GaN substrate by doping GaN with oxygen as an n-type dopant.

特許文献4、5はシランガス(SiH)を用いSiをn型ドーパントとして結晶にドーピングしていた。シランガスは爆発の可能性がありn型基板成長のため大量に使うのは危険である。特許文献6は酸素がGaN中で浅いドナー準位を作ることを見出した。原料ガスのNH、HClなどに水を添加し、GaAs基板の上にELOマスクを設けてHVPE法でGaN結晶を成長させるとC面成長するが、原料から酸素が取り込まれてドナー準位を作りn型キャリヤを発生し結晶をn型とする。しかも広い濃度範囲で活性化率が100%であるという。酸素が基板のような厚い結晶に対し好都合なn型ドーパントであることを初めて明らかにしている。 In Patent Documents 4 and 5, silane gas (SiH 4 ) is used to dope the crystal with Si as an n-type dopant. Silane gas may explode and is dangerous to use in large quantities for n-type substrate growth. Patent Document 6 has found that oxygen creates a shallow donor level in GaN. When water is added to the source gases NH 3 , HCl, etc., an ELO mask is provided on the GaAs substrate and a GaN crystal is grown by the HVPE method, the C plane grows. However, oxygen is taken in from the source and the donor level is increased. An n-type carrier is generated to make the crystal n-type. Moreover, the activation rate is 100% over a wide concentration range. For the first time it has been shown that oxygen is a convenient n-type dopant for thick crystals such as substrates.

酸素をGaNにドープする場合著しい異方性があることを特許文献7は明らかにしている。C面((0001)面)を通して酸素が入り難く、C面以外の面を通して酸素が入りやすい、という選択性である。特許文献7は、図17に示すように、平均してc軸方向の成長であるが非C面のファセットFを大量に表面に作り出し非C面であるファセットFを通じて酸素を結晶に取り込むか、或いは図18に示すように非C面(hkmn)(≠(0001)面)を持つGaN下地基板を使って非C面表面から酸素をドープする手法を提案している。特許文献7は酸素ドープの顕著な異方性を初めて明らかにしたものである。   Patent Document 7 reveals that there is significant anisotropy when oxygen is doped into GaN. The selectivity is such that oxygen hardly enters through the C plane ((0001) plane) and oxygen easily enters through a plane other than the C plane. In Patent Document 7, as shown in FIG. 17, on the surface, a large amount of non-C-faceted facets F that are grown in the c-axis direction on the average are produced, and oxygen is taken into the crystal through facets F that are non-C-planes Alternatively, as shown in FIG. 18, a method of doping oxygen from the non-C surface using a GaN base substrate having a non-C surface (hkmn) (≠ (0001) surface) has been proposed. Patent Document 7 reveals the remarkable anisotropy of oxygen doping for the first time.

特許文献7の実施例で述べられたHVPE成長条件は次のようである。   The HVPE growth conditions described in the example of Patent Document 7 are as follows.

成長温度Tq、NH分圧PNH3、HCl分圧PHCl、5/3族比bの順に示す。
1020℃ 20kPa 1kPa 20倍
The growth temperature Tq, NH 3 partial pressure P NH3 , HCl partial pressure P HCl , and 5/3 group ratio b are shown in this order.
1020 ° C 20 kPa 1 kPa 20 times

特許文献8はELO法とは全く違う転位密度減少法を新規に提案する。特許文献8は成長条件を適当に制御することによって、図3のようにファセットF、ファセットからなる大小のピットPを積極的に多数作り出しファセットF、ピットPを埋め込まず成長の終了まで維持する。埋め込まず最後までファセットを維持するのでファセット成長と呼ぶ。ピットPは六角錐か12角錐であるがここでは簡単のため六角錐のピットを示す。   Patent Document 8 proposes a new dislocation density reduction method that is completely different from the ELO method. In Patent Document 8, by appropriately controlling the growth conditions, a large number of facets F and large and small pits P made of facets are actively created as shown in FIG. 3, and the facets F and pits P are not embedded and maintained until the end of growth. This is called facet growth because the facet is maintained until the end without being embedded. The pit P is a hexagonal pyramid or a 12-sided pyramid.

図4のピットPの斜視図、図5のピットPの平面図に示すように、ファセットFの凹部(ピットP)を維持しながら成長するとピットP内部ではファセットFの法線方向Vに結晶が成長する。   As shown in the perspective view of the pit P in FIG. 4 and the plan view of the pit P in FIG. 5, when growing while maintaining the concave portion (pit P) of the facet F, a crystal is formed in the normal direction V of the facet F inside the pit P. grow up.

転位Tは成長方向Vに沿って伸びるので、転位Tがファセット法線方向に伸びる。ファセット成長によって転位Tを境界線Bへ引き込む。境界線Bの下に転位Tの集合ができる(面状欠陥PD)。 Since the dislocation T extends along the growth direction V, the dislocation T extends in the facet normal direction. The dislocation T is drawn into the boundary line B by facet growth. A set of dislocations T is formed below the boundary line B (planar defect PD).

ファセット成長が進むと、さらにピットPの底へと転位を集める。ピットPの底に大量の転位Tの集結部(線状の欠陥集合:H)ができる。転位の総量があまり変わらないとしても、面状欠陥PD、線状欠陥Hに転位が集まるので他の部分の転位密度が減少する。これはELO法と違って、成長中期から終期まで効果がある。全く新規の転位密度減少法である。ファセット成長法と呼ぶ。   As facet growth progresses, dislocations gather further to the bottom of pit P. A large portion of dislocations T (linear defect set: H) is formed at the bottom of the pit P. Even if the total amount of dislocations does not change so much, dislocations gather in the planar defects PD and linear defects H, so that the dislocation density in other portions decreases. Unlike the ELO method, this is effective from the middle to the end of growth. This is a completely new dislocation density reduction method. This is called the facet growth method.

特許文献8の手法はどこにピットP(凹部)ができるのか分からないのでランダムファセットと呼んでその後の改良形と区別する。できた結晶は表面に甚だしい凹凸がある。   Since the method of Patent Document 8 does not know where the pits P (concave portions) can be formed, it is called a random facet and distinguished from the subsequent improved type. The resulting crystals have significant irregularities on the surface.

特許文献8の実施例で述べられた成長条件は次のようである。   The growth conditions described in the example of Patent Document 8 are as follows.

成長温度T、NH分圧PNH3、HCl分圧PHCl、5/3族比bの順に示す。
1050℃ 20kPa 0.5kPa 40倍
1000℃ 30kPa 2kPa 15倍
1050℃ 20kPa 0.5kPa 40倍
1020℃ 20kPa 1kPa 20倍
1000℃ 30kPa 2kPa 15倍
1000℃ 40kPa 3kPa 13倍
980℃ 40kPa 4kPa 10倍
The growth temperature T, NH 3 partial pressure P NH3 , HCl partial pressure P HCl , and 5/3 group ratio b are shown in this order.
1050 ° C 20 kPa 0.5 kPa 40 times
1000 ° C 30 kPa 2 kPa 15 times
1050 ° C 20 kPa 0.5 kPa 40 times
1020 ° C 20 kPa 1 kPa 20 times
1000 ° C 30 kPa 2 kPa 15 times
1000 ° C 40 kPa 3 kPa 13 times
980 ° C 40 kPa 4 kPa 10 times

特許文献8はファセットピットのできる位置が偶然に支配されるのでランダムファセット法と呼ぶことができよう。それに局所的な特異性がないので一旦集結した転位が成長とともに再離散することもあった。その上にデバイスを作る基板なのであるから、ファセットピットのできる位置を予め指定することができればより好都合である。転位を閉じ込め再離散を無くすことができればより低転位化を徹底できる。   Patent Document 8 can be called a random facet method because the position where the facet pit is formed is controlled by chance. Since there is no local specificity, dislocations that have once gathered may re-discrete with growth. Since it is a substrate on which a device is formed, it is more convenient if the position where the facet pit can be formed can be designated in advance. If dislocations are confined and re-discrete can be eliminated, further reduction of dislocations can be achieved.

特許文献9は図6に示すように、下地基板Uの上に孤立した点状の被覆部Mを規則正しく配列するようなマスクを形成する。下地基板Uが露呈した部分(露呈部E)の方が被覆部(マスク部)Mよりずっと広い。マスクした下地基板Uの上にGaNを気相成長させる。被覆部Mの上では成長が遅れるので被覆部Mを底とする凹部(ファセットピットP)ができる。   In Patent Document 9, as shown in FIG. 6, a mask is formed on a base substrate U so as to regularly arrange isolated dot-shaped covering portions M. The portion where the base substrate U is exposed (exposed portion E) is much wider than the covering portion (mask portion) M. GaN is vapor grown on the masked underlying substrate U. Since the growth is delayed on the covering portion M, a recess (facet pit P) having the covering portion M as a bottom is formed.

図9によってドット型マスクによるファセット成長を説明する。図9(1)のように孤立点状の被覆部Mを下地基板Uの上に形成する。窒化ガリウムを気相成長させると図9(2)のように下地基板の露呈部Eの上だけに結晶Gが成長する。被覆部Mの上には成長しない。図9(3)のように露呈部Eの上に結晶が積み上がる。傾斜面は低面指数のファセットFである。図9(4)のように被覆部Mを底とし傾斜面をファセットFとするような六角錐、或いは12角錐のファセットピットPができる。図9(5)のように被覆部Mの上にも結晶が載ってくる。これは転位の高密度に集合した閉鎖欠陥集合領域Hである。ファセットの下は単結晶低転位随伴領域Zとなる。平坦面はC面(C)である。C面の下は単結晶低転位余領域Yとなる。   The facet growth using a dot mask will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 9 (1), an isolated spot-shaped covering portion M is formed on the base substrate U. When gallium nitride is vapor-phase grown, a crystal G grows only on the exposed portion E of the base substrate as shown in FIG. It does not grow on the covering portion M. As shown in FIG. 9 (3), crystals accumulate on the exposed portion E. The inclined surface is a facet F with a low index. As shown in FIG. 9 (4), a faceted pit P having a hexagonal pyramid or a 12-sided pyramid having a covering portion M as a bottom and an inclined surface as a facet F is formed. As shown in FIG. 9 (5), crystals are also placed on the covering portion M. This is a closed defect gathering region H gathered at a high density of dislocations. Under the facet is a single crystal low dislocation associated region Z. The flat surface is the C surface (C). Below the C plane is a single crystal low dislocation residual region Y.

図7の結晶の斜視図、図8の平面図に示すように、結晶表面には、逆円錐形の花弁のようなファセットFよりなるファセットピットPが縦横に並ぶ。茎に当たる部分は転位が集結した閉鎖欠陥集合領域Hである。根に当たる部分は被覆部Mである。平坦面はC面である。C面の下にできる部分(Y)は低転位部分である。ファセットFの下(Z)も低転位部分である。これを他と区別するためドット型ということもある。その方法をドットファセット成長法と仮に呼ぶ。   As shown in the perspective view of the crystal in FIG. 7 and the plan view in FIG. 8, facet pits P made of facets F such as inverted conical petals are arranged vertically and horizontally on the crystal surface. A portion corresponding to the stem is a closed defect gathering region H where dislocations are concentrated. A portion corresponding to the root is a covering portion M. The flat surface is the C surface. The portion (Y) formed below the C plane is a low dislocation portion. The bottom (Z) of facet F is also a low dislocation part. In order to distinguish this from others, it may be called a dot type. This method is temporarily called a dot facet growth method.

ファセットピットPには先述のようにファセットF上にある転位Tを境界線Bに集めさらにピット底へ集める作用がある。ピット底(被覆部Mの上)は転位の集結した閉鎖欠陥集合領域Hとなる。一旦集結した転位は再離散しない。よって「閉鎖」と呼ぶ。その他の部分は転位の少ない単結晶低転位随伴領域Z(ファセットの下にできる)、単結晶低転位余領域Y(C面の下にできる)となる。Z、Yが低転位となるのである。   As described above, the facet pit P has an action of collecting the dislocations T on the facet F at the boundary line B and collecting them at the bottom of the pit. The pit bottom (above the covering portion M) becomes a closed defect gathering region H where dislocations are concentrated. Once disassembled, dislocations are not re-discrete. Therefore, it is called “closed”. The other portions are a single crystal low dislocation associated region Z (which can be formed under the facet) with few dislocations and a single crystal low dislocation residual region Y (which can be formed under the C plane). Z and Y are low dislocations.

特許文献9によって、閉鎖欠陥集合領域H、単結晶低転位随伴領域Z、単結晶低転位余領域Yという概念が初めて生じた。マスクと言ってもELOマスクのように小さい窓が細かいピッチで存在するのではない。広い露呈部の中にかなりの大きさの点状(丸、四角など)の被覆部M(図6)を作る。   According to Patent Document 9, the concept of a closed defect gathering region H, a single crystal low dislocation associated region Z, and a single crystal low dislocation residual region Y was first generated. Even if it says a mask, a small window does not exist with a fine pitch like an ELO mask. A large-sized spot-like (circle, square, etc.) covering portion M (FIG. 6) is formed in a wide exposed portion.

ELOマスクは露呈部E(窓W)が被覆部Mより狭く、露呈部Eは小さく(直径1〜2μm)ピッチも小さい(2μm〜6μm)。   In the ELO mask, the exposed portion E (window W) is narrower than the covering portion M, the exposed portion E is small (diameter 1 to 2 μm), and the pitch is also small (2 μm to 6 μm).

反対に特許文献9のファセットピットの基になるマスクは、露呈部Eが被覆部Mより広い。被覆部直径はかなり大きい(直径20μm〜100μm)。被覆部の上がファセットピット底になる。ファセットピットは転位を底部に集合させ捕獲して転位を再び放つことがない。マスクの位置に閉鎖欠陥集合領域Hができ、その周りに低転位部分Z、Yができるという特徴がある。マスクのない露呈部Eの上に低転位のZ、Yができる。Zがファセットの直下に、YがC面成長部分の直下にできる。Z、Yいずれも単結晶で低転位である。点状マスクを中心としてHZYの同心構造ができる。ELOはマスク露呈部E(窓W)の上が高密度転位(H)、被覆部の上が低転位(Z、Y)となる。その関係はまったく反対である。   On the contrary, in the mask that is the basis of the facet pits of Patent Document 9, the exposed portion E is wider than the covering portion M. The coating diameter is quite large (diameter 20 μm to 100 μm). The top of the cover is the bottom of the facet pit. Faceted pits do not collect dislocations at the bottom, capture them, and release the dislocations again. There is a feature that a closed defect gathering region H is formed at the position of the mask, and low dislocation portions Z and Y are formed around it. Low dislocations Z and Y are formed on the exposed portion E without a mask. Z can be directly below the facet, and Y can be directly below the C-plane growth portion. Both Z and Y are single crystals and low dislocations. An HZY concentric structure is formed around the point mask. In ELO, the mask exposure portion E (window W) has high density dislocations (H) and the coating portion has low dislocations (Z, Y). The relationship is exactly the opposite.

特許文献9の実施例での成長条件は次のようである。   The growth conditions in the example of Patent Document 9 are as follows.

成長温度Tq、NH分圧PNH3、HCl分圧PHCl、5/3族比bの順に示す。
1050℃ 30kPa 2kPa 15倍
1030℃ 30kPa 2.5kPa 12倍
1010℃ 20kPa 2.5kPa 8倍
1030℃ 25kPa 2.5kPa 10倍
1050℃ 30kPa 2.5kPa 12倍
1030℃ 25kPa 2kPa 12.5倍
1030℃ 25kPa 2kPa 12.5倍
The growth temperature Tq, NH 3 partial pressure P NH3 , HCl partial pressure P HCl , and 5/3 group ratio b are shown in this order.
1050 ° C 30 kPa 2 kPa 15 times
1030 ° C 30 kPa 2.5 kPa 12 times
1010 ° C 20 kPa 2.5 kPa 8 times
1030 ° C 25 kPa 2.5 kPa 10 times
1050 ° C 30 kPa 2.5 kPa 12 times
1030 ° C 25kPa 2kPa 12.5 times
1030 ° C 25kPa 2kPa 12.5 times

特許文献9はマスクを規則正しく分布する孤立点(ドット)状としたので、ドットの上には閉鎖欠陥集合領域Hができ、その周辺に単結晶低転位随伴領域Z、単結晶低転位余領域Yができる。半導体レーザや発光ダイオードなどのデバイスをその上に作るので閉鎖欠陥集合領域Hが分散していると不都合ということがある。   In Patent Document 9, since the mask is formed in the form of isolated points (dots) that are regularly distributed, a closed defect gathering region H is formed on the dot, and a single crystal low dislocation associated region Z and a single crystal low dislocation residual region Y are formed around it. Can do. Since devices such as semiconductor lasers and light emitting diodes are formed thereon, it may be inconvenient if the closed defect gathering regions H are dispersed.

そこで特許文献10は、図10に示すように、下地基板Uの上に等間隔平行縞状の被覆部Mを有するマスクを形成し、その上にGaNをファセット成長させた。マスクの被覆部Mの幅sと露呈部Eの幅wの合計がピッチpである(p=s+w)。sはwよりずっと小さい。気相成長によって下地基板Uの上にGaNを成長させる。   Therefore, in Patent Document 10, as shown in FIG. 10, a mask having a covering portion M with parallel stripes at equal intervals is formed on a base substrate U, and GaN is facet grown thereon. The sum of the width s of the mask covering portion M and the width w of the exposed portion E is the pitch p (p = s + w). s is much smaller than w. GaN is grown on the underlying substrate U by vapor phase growth.

図11に平面図、図12に斜視図を示すように、平坦頂面を持つ平行な多数の山谷型結晶となる。被覆部M上に平行な結晶欠陥集合領域H、露呈部上に平行の低欠陥単結晶領域Z、C面成長領域Yを作る。平行マスクの上にできる転位の集合は結晶欠陥集合領域Hと呼んでいる。それに隣接するファセットの下に連続して成長するのは低欠陥単結晶領域Zと呼ぶ。隣接低欠陥単結晶領域Zの間にC面成長領域Yができることもありできないこともある。   As shown in a plan view in FIG. 11 and a perspective view in FIG. 12, a large number of parallel peaks and valleys having a flat top surface are obtained. A parallel crystal defect gathering region H is formed on the covering portion M, and a parallel low defect single crystal region Z and a C-plane growth region Y are formed on the exposed portion. A set of dislocations formed on the parallel mask is called a crystal defect collecting region H. The continuous growth under the adjacent facet is called a low defect single crystal region Z. A C-plane growth region Y may or may not be formed between adjacent low defect single crystal regions Z.

特許文献9は孤立点状のマスクの上に欠陥領域Hができたので「閉鎖」という言葉をつけてそれを強調しているが、ストライプマスクの場合、Hは閉じていないから結晶欠陥集合領域Hと呼ぶ。Zが広がって必ずしもHに随伴していないから低欠陥単結晶領域Zと名付けた。Yはできることもできないこともある。C面に伴って発生するからC面成長領域Yと呼ぶ。   In Patent Document 9, since a defect region H is formed on an isolated point-like mask, the word “closed” is given and emphasized. However, in the case of a stripe mask, since H is not closed, a crystal defect gathering region. Call it H. Since Z spreads and does not necessarily accompany H, it was named low defect single crystal region Z. Y may or may not be possible. Since it occurs along the C plane, it is called a C plane growth region Y.

成長の手法によってはC面成長領域Yが消失することもある。図13に平面図を図14に斜視図を示すように、尖鋭稜線を持つ山谷型の結晶となる。被覆部M上に平行な結晶欠陥集合領域Hができる。これが谷となる。それの隣の露呈部に平行の低欠陥単結晶領域Zができる。山形のファセットF、Fは尖っており、C面の部分がない。C面成長領域Yが消失している。…ZHZH…構造である。   Depending on the growth method, the C-plane growth region Y may disappear. As shown in the plan view of FIG. 13 and the perspective view of FIG. Parallel crystal defect gathering regions H are formed on the covering portion M. This is a valley. A low-defect single crystal region Z parallel to the exposed portion adjacent thereto is formed. The Yamagata facets F and F are pointed and have no C-plane part. The C-plane growth region Y has disappeared. ... ZHZH ... structure.

図15によってストライプ型ファセット成長法を説明する。   The stripe facet growth method will be described with reference to FIG.

図15(1)のように平行線状複数のストライプ被覆部Mを下地基板Uの上に形成する。窒化ガリウムを気相成長させると図15(2)のように下地基板の露呈部Eの上だけに結晶Gが成長する。被覆部Mの上には成長しない。図15(3)のように露呈部Eの上に結晶Gが積み上がる。傾斜面は低面指数のファセットFである。結晶Gは被覆部で区切られた平行島状となる。図15(4)のように被覆部Mを底とし反対向きに傾斜する平行な傾斜面からなるV溝が平行に生ずる。対向する傾斜面は傾き方向が反対で同じ角度を成すファセットF、Fである。隣接マスクの間の平坦面はC面(C)である。   As shown in FIG. 15 (1), a plurality of parallel-line stripe covering portions M are formed on the base substrate U. When vapor phase growth of gallium nitride is performed, a crystal G grows only on the exposed portion E of the base substrate as shown in FIG. It does not grow on the covering portion M. As shown in FIG. 15 (3), the crystal G is stacked on the exposed portion E. The inclined surface is a facet F with a low index. The crystal G has a parallel island shape separated by a covering portion. As shown in FIG. 15 (4), V-grooves having parallel inclined surfaces with the covering portion M at the bottom and inclined in the opposite direction are formed in parallel. Opposing inclined surfaces are facets F and F having the same angle but opposite inclination directions. A flat surface between adjacent masks is a C surface (C).

やがて図15(5)のように被覆部Mの上にも結晶が乗ってくる。これは転位の高密度に集合した結晶欠陥集合領域Hである。さらに図15(6)のように結晶成長が進む。マスクMの上の結晶欠陥集合領域Hは大体そのままの寸法で上に伸びる。平行なファセットF、Fはより広くなる。ファセットF、Fの直下は低欠陥単結晶領域Zとなる。結晶欠陥集合領域Hと低欠陥単結晶領域Zとの境界は結晶粒界K、Kである。結晶粒界K、Kが転位を結晶欠陥集合領域Hに閉じ込める。   Eventually, crystals will also be placed on the covering portion M as shown in FIG. This is a crystal defect gathering region H in which dislocations gather at a high density. Furthermore, crystal growth proceeds as shown in FIG. The crystal defect gathering region H on the mask M extends upward with the size as it is. The parallel facets F, F are wider. Immediately below the facets F, F is a low defect single crystal region Z. The boundaries between the crystal defect gathering region H and the low defect single crystal region Z are the crystal grain boundaries K and K. The crystal grain boundaries K and K confine the dislocations in the crystal defect gathering region H.

マスク中間の平坦面はC面(C)である。C面の下はC面成長領域Yとなる。C面(C)は段々狭くなっていく。ストライプ構造をなす結晶のピッチはマスクピッチpに等しい。マスクピッチpはマスク幅sと露呈部幅wの和である(p=s+w)。さらに結晶成長が進行すると図16(1)のように結晶欠陥集合領域Hを麓とし、C面を尾根とする山脈のような平行の結晶が成長していく。山頂に当たるC面部分(C)は狭くなる。ファセットFの直下は低欠陥単結晶領域Zに、C面の直下はC面成長領域Yとなる。   The flat surface in the middle of the mask is the C surface (C). Below the C plane is a C plane growth region Y. The C surface (C) becomes gradually narrower. The pitch of the crystals forming the stripe structure is equal to the mask pitch p. The mask pitch p is the sum of the mask width s and the exposed portion width w (p = s + w). When the crystal growth further proceeds, parallel crystals such as mountain ranges with the crystal defect gathering region H as the ridge and the C plane as the ridge as shown in FIG. The C-plane portion (C) that hits the summit becomes narrower. Immediately below the facet F is a low-defect single crystal region Z, and immediately below the C-plane is a C-plane growth region Y.

この形状を保持したまま上向きに結晶が成長する場合もある。或いはさらに鋭い峰を持つ平行山脈のようになる場合もある。図16(2)はそのような場合を示す。この場合C面は無くなる。C面成長領域Yも無くなってしまう。   In some cases, the crystal grows upward while maintaining this shape. Or it may look like a parallel mountain range with even sharper peaks. FIG. 16 (2) shows such a case. In this case, the C plane is eliminated. The C-plane growth region Y is also lost.

特許文献10によって平行に…ZHZYZHZYZH…構造或いは、…ZHZHZH…構造ができる。結晶欠陥集合領域Hに転位が集中して、低欠陥単結晶領域Z、C面成長領域Yは単結晶で低転位となる。   According to Patent Document 10, a structure of ZHZYZHZYZH ... or a structure of ZHZHZH ... can be formed in parallel. Dislocations concentrate on the crystal defect gathering region H, and the low defect single crystal region Z and the C-plane growth region Y are single crystals and low dislocations.

特許文献10の手法は平行にマスクを作り平行に結晶欠陥集合領域Hを作るので、ストライプ型ファセット成長法と呼ぶことができる。これは低欠陥単結晶領域Zが直線上に並ぶから半導体レーザ、発光ダイオードなどのデバイスを作り易い。   The method of Patent Document 10 can be called a stripe-type facet growth method because a mask is formed in parallel and a crystal defect assembly region H is formed in parallel. This is because the low-defect single crystal regions Z are arranged in a straight line, so that devices such as semiconductor lasers and light-emitting diodes can be easily produced.

ファセット成長法とELO法は全く違う方法である。マスクの形状、寸法、作用なども異なる。千鳥状に窓が分布するELOマスクとストライプマスクは形状も大きさも違い判然と区別できる。ストライプマスクは、幅sが20μm〜300μm程度でピッチpは100μm〜2000μm程度である。例えばストライプマスクの幅sは50μmで、p=500μmピッチというようにする。   The facet growth method and the ELO method are completely different methods. The shape, dimensions, and action of the mask are also different. The ELO mask and the stripe mask in which the windows are distributed in a zigzag pattern can be clearly distinguished from each other in shape and size. The stripe mask has a width s of about 20 μm to 300 μm and a pitch p of about 100 μm to 2000 μm. For example, the width s of the stripe mask is 50 μm, and p = 500 μm pitch.

ドット型、ストライプ型ファセット成長法では転位がマスク上の結晶欠陥集合領域Hに集中しそれが結晶粒界K、Kによって囲まれるので転位は再離散しない。Hに隣接するZやYが低転位で単結晶となる。その部分をデバイスの電流が通る部分とすれば良い。   In the dot-type and stripe-type facet growth methods, the dislocations are concentrated in the crystal defect gathering region H on the mask and surrounded by the crystal grain boundaries K, K, so the dislocations are not re-discrete. Z and Y adjacent to H become a single crystal with low dislocations. The part may be a part through which the current of the device passes.

GaN結晶は{1−100}方向が劈開面であるから、自然劈開によってレーザの共振器ミラーを形成できる。酸素をドーピングしn型とするから電流が通り底面にn電極を形成できる。その点でサファイヤ基板より優れている。   Since the GaN crystal has a cleavage plane in the {1-100} direction, a laser resonator mirror can be formed by natural cleavage. Since oxygen is doped to form an n-type, an electric current passes and an n-electrode can be formed on the bottom surface. In that respect, it is superior to sapphire substrates.

ELOは露呈部が小さくその上は高転位密度となり、被覆部が広くその上は低転位となるが、ストライプ型ファセット法では露呈部が広くその上は低転位に、被覆部が狭くその上は高密度転位となる。   ELO has a small exposed area and a high dislocation density above it, and a wide covering area and a low dislocation. On the other hand, the striped facet method has a wide exposed area and a low dislocation, and a narrow covering area. High density dislocations.

特許文献10の実施例での成長条件は次のようである。   The growth conditions in the example of Patent Document 10 are as follows.

成長温度Tq、NH分圧PNH3、HCl分圧PHCl、5/3族比bの順に示す。
1050℃ 30kPa 2kPa 15倍
1030℃ 30kPa 2.5kPa 12倍
1050℃ 30kPa 2kPa 15倍
1010℃ 20kPa 2.5kPa 8倍
1030℃ 25kPa 2kPa 12.5倍
1030℃ 25kPa 2.5kPa 10倍
The growth temperature Tq, NH 3 partial pressure P NH3 , HCl partial pressure P HCl , and 5/3 group ratio b are shown in this order.
1050 ° C 30 kPa 2 kPa 15 times
1030 ° C 30 kPa 2.5 kPa 12 times
1050 ° C 30 kPa 2 kPa 15 times
1010 ° C 20 kPa 2.5 kPa 8 times
1030 ° C 25kPa 2kPa 12.5 times
1030 ° C 25 kPa 2.5 kPa 10 times

特許文献11は、サファイヤ(0001)基板の上に、H、TMG、アンモニアを原料ガスとし(CFeをドーパントとしたMOCVD法、或いはH、HCl、Ga融液、アンモニアを原料とし(CFeをドーパントとしたHVPE法によって鉄ドープGaN結晶を成長させ鉄ドープGaN基板を得るという方法を提案している。 Patent Document 11 discloses a MOCVD method using H 2 , TMG, and ammonia as source gases and (C 5 H 5 ) 2 Fe as a dopant, or H 2 , HCl, Ga melt, ammonia on a sapphire (0001) substrate. A method has been proposed in which an iron-doped GaN substrate is obtained by growing an iron-doped GaN crystal by the HVPE method using (C 5 H 5 ) 2 Fe as a dopant.

特許文献11の実施例(MOCVD法)での成長条件は次のようである。   The growth conditions in the example (MOCVD method) of Patent Document 11 are as follows.

成長温度Tq、NH分圧PNH3、TMG分圧PTMG、5/3族比bの順に示す。
1000℃ 15kPa 0.3kPa 50倍
The growth temperature Tq, NH 3 partial pressure P NH3 , TMG partial pressure P TMG , and 5/3 group ratio b are shown in this order.
1000 ° C 15 kPa 0.3 kPa 50 times

特許文献11の実施例(HVPE法)での成長条件は次のようである。   The growth conditions in the example (HVPE method) of Patent Document 11 are as follows.

成長温度Tq、NH分圧PNH3、HCl分圧PGaCl、5/3族比bの順に示す。
1000℃ 15kPa 0.3kPa 50倍
The growth temperature Tq, NH 3 partial pressure P NH3 , HCl partial pressure P GaCl , and 5/3 group ratio b are shown in this order.
1000 ° C 15 kPa 0.3 kPa 50 times

国際公開WO99/23693(国際出願PCT/JP98/04908)International Publication WO99 / 23693 (International Application PCT / JP98 / 04908)

特許第3788037号(特願平10−171276、特開2000−012900)Japanese Patent No. 3788037 (Japanese Patent Application No. 10-171276, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-012900)

特許第3788041号(特願平10−183446、特開2000−022212)Japanese Patent No. 3788041 (Japanese Patent Application No. 10-183446, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-022212)

国際公開WO98/47170(国際出願PCT/JP98/01640)International Publication WO 98/47170 (International Application PCT / JP98 / 01640)

EPC公開 EP0942459 A1 (EPC出願番号9891274.8)EPC Publication EP0942459 A1 (EPC Application No. 9891274.8)

特許第3788104号(特開2000−044400、特願平11−144151/優先権主張 特願平10−147716)Japanese Patent No. 3788104 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-044400, Japanese Patent Application No. 11-144151 / Claim of priority Japanese Patent Application No. 10-147716)

特許第3826825号(特開2002−373864、特願2002−103723/優先権主張 特願2001−113872)Japanese Patent No. 3826825 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-373864, Japanese Patent Application No. 2002-103723 / claim of priority Japanese Patent Application No. 2001-113873)

特開2001−102307(特願平11−273882)JP 2001-102307 (Japanese Patent Application No. 11-273882)

特許第3864870号(特開2003−165799、特願2002−230925/特願2001−284323)Japanese Patent No. 3864870 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-165799, Japanese Patent Application No. 2002-230925 / Japanese Patent Application No. 2001-284323)

特許第3801125号(特開2003−183100、特願2002−269387/優先権主張 特願2001−311018)Patent No. 3801125 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-183100, Japanese Patent Application No. 2002-269387 / Priority Claim Japanese Patent Application No. 2001-311018)

特開2005−306723(特願2005−075734/優先権主張 特願2004−085372)JP-A-2005-306723 (Japanese Patent Application No. 2005-075734 / Priority Claim Japanese Patent Application No. 2004-085372)

これまでに述べたものは、青色発光ダイオード、半導体レーザの基板として用いられるn型のGaN基板である。AlやInを少し含むAlInGaN基板も作製が試みられているが発光素子の基板としての用途のためのものである。それはn型で導電率が高く高密度電流を流すことができる。ドーパントはシリコン(Si)のことも酸素(O)のこともある。   What has been described so far is an n-type GaN substrate used as a substrate for blue light-emitting diodes and semiconductor lasers. Although an AlInGaN substrate containing a little Al or In has been attempted, it is for use as a substrate of a light emitting device. It is n-type, has high conductivity, and can pass a high-density current. The dopant may be silicon (Si) or oxygen (O).

ところが本発明が目的とするのはn型ではなく半絶縁性(semi−insulating:SI)のGaN基板結晶である。発光素子用n−基板ではなくFETなどの用途のためのSI基板である。   However, an object of the present invention is not a n-type but a semi-insulating (SI) GaN substrate crystal. It is an SI substrate for applications such as FETs, not n-substrates for light emitting elements.

発光素子の場合は基板に高密度の電流を流すので転位から劣化が進行する恐れがあった。   In the case of a light-emitting element, since a high-density current is passed through the substrate, there is a risk that deterioration will proceed from dislocation.

横型電子デバイス用の半絶縁性基板(SI−GaN基板)の場合は高電圧、大電流に耐えるだけの耐電圧性、高抵抗である必要がある。基板が高い転位密度を有すると、リーク電流の原因となり好ましくない。基板の上に規則正しい格子構造を持ったGaN、InGaN、AlGaN薄膜を何層にも形成するから転位は少ない方が良い。半絶縁性基板の場合、絶縁性が高く反りが少なく転位密度が低くクラック発生の少ない基板であることが強く望まれる。   In the case of a semi-insulating substrate (SI-GaN substrate) for a lateral electronic device, it is necessary to have a voltage resistance and a high resistance enough to withstand a high voltage and a large current. If the substrate has a high dislocation density, it causes a leakage current, which is not preferable. Since multiple layers of GaN, InGaN, and AlGaN thin films having a regular lattice structure are formed on the substrate, fewer dislocations are better. In the case of a semi-insulating substrate, it is strongly desired that the substrate has a high insulating property, low warpage, low dislocation density, and few cracks.

従来技術(特許文献1〜10)で挙げたGaN基板は何れも低抵抗率である。   Any of the GaN substrates mentioned in the prior art (Patent Documents 1 to 10) has a low resistivity.

特許文献1は0.005〜0.08Ωcm、特許文献2は0.0035〜0.0083Ωcmだと言っている。特許文献3のGaN基板は0.01〜0.017Ωcmだと述べている。   Patent Document 1 says that 0.005 to 0.08 Ωcm, and Patent Document 2 says 0.0035 to 0.0083 Ωcm. Patent Document 3 states that the GaN substrate is 0.01 to 0.017 Ωcm.

これらはn型のドーパントを入れたとは記載されていないので5族の空孔がドナーレベルを作ったか原料ガス中に含まれるn型ドーパント元素が入ったかと考えられる。   Since these are not described as having n-type dopants, it is considered that group 5 vacancies have created a donor level or n-type dopant elements contained in the raw material gas have entered.

特許文献4は抵抗率を具体的に書いていない。これはSiをドーパントとして意図して低抵抗n型GaN基板を作ろうとしている。従って抵抗率は特許文献1〜3よりさらに低いだろうと推測される。これらの記述から従来のGaN結晶の比抵抗の上限は0.08Ωcm程度であろうと思われる。   Patent Document 4 does not specifically describe the resistivity. This intends to make a low resistance n-type GaN substrate with Si as a dopant. Therefore, it is estimated that the resistivity will be lower than those of Patent Documents 1 to 3. From these descriptions, it seems that the upper limit of the specific resistance of the conventional GaN crystal is about 0.08 Ωcm.

横型電子デバイス用の基板としての絶縁性基板とするには、このような低抵抗のものでは役に立たない。絶縁性3−5族窒化物基板としては、比抵抗が10Ωcm以上であることが望まれる。目的によっては10Ωcm以上或いは10Ωcm以上が要求されることもある。 Such an insulating substrate as a substrate for a lateral electronic device does not help. The insulating group 3-5 nitride substrate is desired to have a specific resistance of 10 5 Ωcm or more. Depending on the purpose, 10 6 Ωcm or more or 10 7 Ωcm or more may be required.

従来のGaN結晶製造技術ではそのような高抵抗の結晶を作ることができない。どうすればよいのか?5族空孔がドナーとなるのでそれを防ぐためには5族の供給を高めれば良い。既に述べたようにMOCVD法では5/3族比bが1000倍〜2000倍ということを言っており、それ以上に5族比率を高めると原料の無駄も多くなる。HVPEの場合の5/3族比bは12倍〜50倍程度のものが多い。5族原料比率をさらに上げることはできるがそれは原料の損失になり好ましいとは言えない。   Conventional GaN crystal manufacturing technology cannot produce such a high resistance crystal. What should i do? Since the group 5 vacancies become donors, the supply of group 5 can be increased to prevent this. As already described, the MOCVD method says that the 5/3 group ratio b is 1000 to 2000 times, and if the group 5 ratio is further increased, the waste of the raw material increases. In the case of HVPE, the 5/3 group ratio b is often about 12 to 50 times. Although it is possible to further increase the Group 5 raw material ratio, this is not preferable because it results in loss of raw materials.

高純度の原料を使って不純物が入らないようにすればより高抵抗の窒化ガリウム結晶を作ることができるであろう。しかしそれにしても自然にはn型になり横型電子デバイス用に使える絶縁性は得られない。   A high-resistance gallium nitride crystal could be made by using a high-purity raw material and preventing impurities from entering. However, even if it is natural, it becomes n-type and insulation which can be used for a lateral electronic device cannot be obtained.

その他の選択肢として、他の元素を添加することによってn型キャリヤの動きを抑えるということが考えられる。特許文献11は鉄ドープGaN結晶が半絶縁性であるということを述べている。気相成長法であるから気体の状態で鉄化合物を与える必要がある。特許文献11はサファイヤ基板の上に、ビスシクロペンタジエニル鉄をドーパントとし、窒化ガリウムをMOCVD法で作製している。特許文献11はマスクを用いないでサファイヤ基板の上に鉄ドープGaN結晶を成長させる。   Another option is to suppress the movement of the n-type carrier by adding other elements. Patent Document 11 states that iron-doped GaN crystals are semi-insulating. Since it is a vapor phase growth method, it is necessary to give an iron compound in a gaseous state. In Patent Document 11, gallium nitride is produced by MOCVD on a sapphire substrate using biscyclopentadienyl iron as a dopant. In Patent Document 11, an iron-doped GaN crystal is grown on a sapphire substrate without using a mask.

鉄によってGaN結晶の抵抗率を高めることができるというのは新規な知見である。半絶縁性GaNを作るには鉄ドープが有力な手段であることが特許文献11から分かった。その他に、FETなどの電気素子の基板とするには、反りが少なくクラック発生率が低いということも重要である。特許文献11ではクラックの発生や割れについては全く述べられてはいない。   It is a novel finding that iron can increase the resistivity of GaN crystals. It has been found from Patent Document 11 that iron doping is an effective means for producing semi-insulating GaN. In addition, in order to use as a substrate for an electric element such as an FET, it is also important that the crack generation rate is low and the crack generation rate is low. Patent Document 11 does not describe the generation of cracks or cracks at all.

本発明の鉄ドープ窒化物半導体基板製造方法は、下地基板にドットマスク或いはストライプマスクを付け、基板温度を1040℃〜1150℃とし、その上にHVPE法によって、5族と3族ガス原料の比率bが1〜10であるようアンモニアガスと3族ガスと鉄化合物ガスとを供給しながら、マスク付き下地基板の上に窒化物半導体結晶を厚く成長させ、下地基板を除去して、100μm以上の厚みを持ち比抵抗が1×10Ωcm以上の自立した鉄ドープ半絶縁性窒化物半導体結晶基板を得る。 In the method for producing an iron-doped nitride semiconductor substrate of the present invention, a dot mask or a stripe mask is attached to a base substrate, the substrate temperature is set to 1040 ° C. to 1150 ° C., and the ratio of the Group 5 and Group 3 gas raw materials is further increased by HVPE. While supplying ammonia gas, Group 3 gas, and iron compound gas so that b is 1 to 10, a nitride semiconductor crystal is grown thickly on the base substrate with a mask, and the base substrate is removed to remove 100 μm or more. A self-supporting iron-doped semi-insulating nitride semiconductor crystal substrate having a thickness and a specific resistance of 1 × 10 5 Ωcm or more is obtained.

下地基板は、(111)面GaAsウエハ−、サファイヤウエハ−、SiCウエハ−、GaNウエハ−などを用いることができる。   As the base substrate, a (111) plane GaAs wafer, a sapphire wafer, a SiC wafer, a GaN wafer, or the like can be used.

図19はHVPE炉の概略縦断面図を示す。縦長の反応炉2の外側にはヒータ3が設けられる。ヒータ3は縦方向に伸び幾つかに分割されており上下方向に任意の温度分布を作り出すことができる。反応炉2はホットウオールを持つ。反応炉2の中上部にはGa融液を溜めたGa溜め4が設けられる。反応炉2の下方には、回転昇降自在の回転軸に支持されたサセプタ5がある。サセプタ5の上には下地基板6が戴置される。第1原料ガス供給管7は水素(H)と塩化水素(HCl)のガスをGa溜め4に供給する。HClとGaとが反応してGaClガスができる。これが下方へ移動する。第2原料ガス供給管8は水素(H)とアンモニア(NH)ガスを下地基板6の上方へ流す。GaClとNHが反応してGaNができる。第3原料ガス供給管10は鉄(Fe)の気体化合物とキャリヤガス(H)の混合ガスを反応炉内に供給する。合成されたGaNの内部に鉄がドープされる。反応後、排ガス、未反応ガスはガス排出管9から排出される。 FIG. 19 shows a schematic longitudinal sectional view of the HVPE furnace. A heater 3 is provided outside the vertically long reactor 2. The heater 3 extends in the vertical direction and is divided into several parts, and can generate an arbitrary temperature distribution in the vertical direction. The reactor 2 has a hot wall. A Ga reservoir 4 in which Ga melt is stored is provided in the upper part of the reaction furnace 2. Below the reaction furnace 2 is a susceptor 5 supported on a rotary shaft that can be rotated and raised. A base substrate 6 is placed on the susceptor 5. The first source gas supply pipe 7 supplies hydrogen (H 2 ) and hydrogen chloride (HCl) gas to the Ga reservoir 4. HCl and Ga react to form GaCl gas. This moves downward. The second source gas supply pipe 8 allows hydrogen (H 2 ) and ammonia (NH 3 ) gas to flow above the base substrate 6. GaCl and NH 3 react to form GaN. The third source gas supply pipe 10 supplies a gas mixture of iron (Fe) and a carrier gas (H 2 ) into the reaction furnace. The synthesized GaN is doped with iron. After the reaction, exhaust gas and unreacted gas are discharged from the gas discharge pipe 9.

鉄はビスシクロペンタジエニル(CFe或いはビスメチルシクロペンタジエニル(CHFeを原料として用いる。これらはガス状であるから反応炉に上方のガス流路から気体として吹き込まれる。これらが熱分解して結晶の中へ取り込まれる。或いはHClと反応してFeClやFeCl、FeClとなってから結晶の中へ吹き込まれる。 As the iron, biscyclopentadienyl (C 5 H 5 ) 2 Fe or bismethylcyclopentadienyl (CH 3 C 5 H 4 ) 2 Fe is used as a raw material. Since these are gaseous, they are blown into the reactor as gas from the upper gas flow path. These are thermally decomposed and taken into the crystal. Alternatively, it reacts with HCl to form FeCl, FeCl 2 , or FeCl 3 and then blown into the crystal.

そのようにして作製された窒化物半導体基板の中の鉄の濃度Feは、1×1020cm−3≧Fe≧1×1016cm−3とする。窒化物半導体基板の抵抗率は1×10Ωcm以上である。 The iron concentration Fe in the nitride semiconductor substrate thus fabricated is 1 × 10 20 cm −3 ≧ Fe ≧ 1 × 10 16 cm −3 . The resistivity of the nitride semiconductor substrate is 1 × 10 5 Ωcm or more.

マスクはSiO、SiON、SiN、AlN、Alなどである。マスクの寸法はストライプマスクの場合被覆部幅sが10μm〜100μmとする。被覆部の間隔wは250μm〜2000μmとする。ピッチpはp=s+wである。ピッチはp=260μm〜2100μmである。 Masks, etc. SiO 2, SiON, SiN, AlN , Al 2 O 3. In the case of a stripe mask, the mask has a covering portion width s of 10 μm to 100 μm. The space | interval w of a coating part shall be 250 micrometers-2000 micrometers. The pitch p is p = s + w. The pitch is p = 260 μm to 2100 μm.

ドットマスクの場合は被覆部直径sが10μm〜100μmとする。被覆部の間隔はw=250μm〜2000μmとする。ピッチpは260μm〜2100μmである。   In the case of a dot mask, the covering portion diameter s is 10 μm to 100 μm. The space | interval of a coating part shall be w = 250 micrometers-2000 micrometers. The pitch p is 260 μm to 2100 μm.

基板温度が1040℃〜1080℃ではマスクの位置で低く、露呈部で高くなるファセット面を持つ山形の結晶(II型)が成長する(図20)。マスク上は結晶欠陥集合領域Hとなり、露呈部のマスク近くのファセットFの直下は低欠陥単結晶領域Zとなる。   When the substrate temperature is 1040 ° C. to 1080 ° C., a mountain-shaped crystal (type II) having a facet surface that is low at the mask position and high at the exposed portion grows (FIG. 20). A crystal defect gathering region H is formed on the mask, and a low defect single crystal region Z is formed immediately below the facet F near the mask in the exposed portion.

図20は図21との対比を強調するために山形だけでなる理想形を書いている。これはストライプマスクで特別の場合だけ実現する。ドットマスクの場合は幾何学的な制約からこのようにならない。ドットマスクでもストライプマスクでも、実際にはマスクの中間位置にC面ができ(破線で示す)その下に、C面成長領域Yができることが多い。HとZ或いはHとZとYというように異なるものが混在する構造となるから緊張を緩和できる。   FIG. 20 shows an ideal form consisting only of a mountain shape to emphasize the comparison with FIG. This is realized only in a special case with a stripe mask. This is not the case with dot masks due to geometric constraints. In both the dot mask and the stripe mask, a C plane is actually formed at the middle position of the mask (indicated by a broken line), and a C plane growth region Y is often formed below the C plane. Tension can be alleviated because of the structure in which different things such as H and Z or H, Z and Y are mixed.

図20のII型は上面にファセットFを持ち、ファセットFを通じて酸素を多く吸い込みやすいという傾向がある。それでn型不純物である酸素によって、鉄ドーピングの効果が打ち消されることがある。すると鉄の濃度を上げる必要があり全体としての不純物の量が増えることもある。   The type II in FIG. 20 has a facet F on the upper surface, and tends to absorb a large amount of oxygen through the facet F. Therefore, the effect of iron doping may be canceled by oxygen which is an n-type impurity. Then, it is necessary to increase the iron concentration, and the amount of impurities as a whole may increase.

基板温度がより高い1080℃〜1150℃では表面が一様高さの結晶(I型)が成長する(図21)。表面はほぼ平坦なC面である。これも図20との対比を強調するための理想形を書いている。実際にはマスクMの上の部分が僅かに窪みとなることも多い。マスク上は結晶欠陥集合領域Hとなるからである。露呈部上は低欠陥単結晶領域ZとC面成長領域Yが混在したようになる。異なる組織が交替する構造なので応力緩和できる。   When the substrate temperature is higher, from 1080 ° C. to 1150 ° C., crystals having a uniform height (type I) grow (FIG. 21). The surface is a substantially flat C surface. This also writes an ideal form for emphasizing the comparison with FIG. Actually, the upper part of the mask M is often slightly recessed. This is because the crystal defect gathering region H is formed on the mask. On the exposed portion, a low defect single crystal region Z and a C-plane growth region Y are mixed. Stress can be relieved because of the structure in which different tissues alternate.

I型はファセットFを殆ど持たずに成長するので酸素を取り込まない。だから鉄ドープの効果が顕著になる。全体としての不純物濃度を減らすことができる。不純物が少ないので内部応力が小さく、クラックがより入り難いという利点がある。つまりI型は鉄ドープ窒化物半導体として最適の構造である。I型を作るにはより高温で5/3族比bが低い方が良い。1080℃〜1150℃の高温で、5/3族比bを1〜10とする。さらに温度を1090℃〜1150℃、5/3族比bを1〜5程度にするとより確実にI型にすることができる。   Type I grows with little facet F and does not take up oxygen. Therefore, the effect of iron doping becomes remarkable. The impurity concentration as a whole can be reduced. Since there are few impurities, an internal stress is small and there exists an advantage that a crack does not enter easily. That is, the I type is an optimum structure as an iron-doped nitride semiconductor. In order to make type I, it is better that the 5/3 group ratio b is lower at a higher temperature. The 5/3 group ratio b is set to 1 to 10 at a high temperature of 1080 to 1150 ° C. Furthermore, when the temperature is set to 1090 ° C. to 1150 ° C. and the 5/3 group ratio b is set to about 1 to 5, it can be more surely made into the I type.

5/3族比b=1〜10で、基板温度1080℃近く(1070℃〜1090℃)ではI型とII型が混合した台形頂点を持つような結晶ができる(図24)。
3つの断面図(図20、21、24)を示したが、ある温度で断面形状が突然変化するというような相転移が起こるのではなくて、温度や5/3族比bによって連続的に断面形状が変化していく。温度が1140〜1150℃で5/3族比b1〜3で図21のような理想的な平坦型ができる。温度が下がるにつれ、5/3族比bが上がるにつれて図21の平坦型から図20の山形へ変化していく。
Crystals having a trapezoidal apex in which type I and type II are mixed can be formed at a substrate temperature of about 1080 ° C. (1070 ° C. to 1090 ° C.) with a 5/3 group ratio b = 1-10.
Although three cross-sectional views (FIGS. 20, 21, and 24) are shown, a phase transition in which the cross-sectional shape suddenly changes at a certain temperature does not occur, but continuously depending on the temperature and the 5/3 group ratio b. The cross-sectional shape changes. An ideal flat type as shown in FIG. 21 can be obtained at a temperature of 1140 to 1150 ° C. and a group 5/3 ratio b1 to b1. As the temperature decreases, the flat shape in FIG. 21 changes to the mountain shape in FIG. 20 as the 5/3 group ratio b increases.

基板温度が1050℃〜1150℃というのは窒化物半導体の気相成長法の成長温度としては高い方である。温度を高くすれば、大型マスクであっても、表面を平坦にして成長させることが可能だというのがI型成長の意味するところである。   The substrate temperature of 1050 ° C. to 1150 ° C. is the higher growth temperature of the nitride semiconductor vapor phase growth method. I-type growth means that if the temperature is raised, even a large mask can be grown with a flat surface.

5/3族比bが1〜10というのは、窒化物半導体の気相成長法では極めて小さい極限と言って良い。低5/3族比bと、高成長温度によって鉄ドープの窒化物半導体を成長させるというのが本発明の思想である。   It can be said that the 5/3 group ratio b is 1 to 10 is an extremely small limit in the vapor phase growth method of a nitride semiconductor. The idea of the present invention is to grow an iron-doped nitride semiconductor with a low 5/3 group ratio b and a high growth temperature.

これまでの従来例において、基板温度と5/3族比bがどのような値であったのか?特許文献を引用し説明した時に、成長温度(基板温度)や5/3族比bを挙げておいた。   What are the values of the substrate temperature and the 5/3 group ratio b in the conventional examples so far? When citing and explaining patent documents, the growth temperature (substrate temperature) and the 5/3 group ratio b were mentioned.

成長温度、5/3族比bの関係を分かり易くするため図22に示した。横軸は成長温度(基板温度)である。縦軸は5/3族比bを対数表示したものである。黒丸の点は従来例におけるHVPE法による基板温度と5/3族比bを示す。黒丸を白丸で囲んだものは従来例におけるMOCVD法によるものである。添え数字は引用した特許文献の番号を示す。実施例1つに1つの点が対応する。   FIG. 22 shows the relationship between the growth temperature and the 5/3 group ratio b for easy understanding. The horizontal axis is the growth temperature (substrate temperature). The vertical axis represents the 5/3 group ratio b in logarithm. Black dots indicate the substrate temperature and the 5/3 group ratio b by the HVPE method in the conventional example. A black circle surrounded by a white circle is based on the conventional MOCVD method. The appended number indicates the number of the cited patent document. One point corresponds to one embodiment.

例えば970℃、100倍のところに3つの白黒丸があり、1、1、1の数字がある。それは特許文献1のMOCVD法の実施例3つが970℃、100倍だったということである。特許文献1は温度は950℃〜1020℃の間にHVPEについての実施例を示す9つの黒丸がある。   For example, there are three black and white circles at 970 ° C. and 100 times, and there are numbers 1, 1, 1. That is, the three examples of the MOCVD method of Patent Document 1 were 970 ° C. and 100 times higher. Patent Document 1 has nine black circles showing examples of HVPE at temperatures between 950 ° C. and 1020 ° C.

特許文献4は明確な実施例がなくMOCVD法で温度については960℃〜1050℃の幅を持ち、5/3族比b=1000倍、800倍…などであるから連続直線で表現している。   Since Patent Document 4 does not have a clear example, the MOCVD method has a temperature range of 960 ° C. to 1050 ° C., and the 5/3 group ratio b = 1000 times, 800 times, etc. .

本発明のII型に関して、温度、5/3族比bの点を白三角で示す。温度1050℃で、5/3族比b=2.5が14点ある。温度1050℃で5/3族比b=5が1点ある。温度1050℃で5/3族比b=10が1点ある。   Regarding the type II of the present invention, the point of temperature 5/3 group ratio b is indicated by a white triangle. There are 14 points at a temperature of 1050 ° C. and a 5/3 group ratio b = 2.5. There is one 5/3 group ratio b = 5 at a temperature of 1050 ° C. There is one 5/3 group ratio b = 10 at a temperature of 1050 ° C.

本発明のI型に関して、温度、5/3族比bの点を白丸で示す。温度1110℃で、5/3族比b=2.5が19点ある。温度1110℃で5/3族比b=3が1点ある。温度1110℃で5/3族比b=1が1点、温度1100℃で5/3族比b=2.5が1点ある。   Regarding the type I of the present invention, the point of temperature 5/3 group ratio b is indicated by a white circle. There are 19 points at a temperature of 1110 ° C. and a 5/3 group ratio b = 2.5. There is one 5/3 group ratio b = 3 at a temperature of 1110 ° C. There is one point of 5/3 group ratio b = 1 at a temperature of 1110 ° C. and one point of 5/3 group ratio b = 2.5 at a temperature of 1100 ° C.

本発明の温度、5/3族比bの範囲を破線で囲んでいる。1080℃は中間的な混合型の温度である。   The range of the temperature 5/3 group ratio b of the present invention is surrounded by a broken line. 1080 ° C. is an intermediate mixing type temperature.

特許文献2、3はピッチの大きいマスクを使わない。5/3族比bが3である8つの実施例がある。5/3族比bが4であるような2つの実施例がある。5/3族比bが6であるような10つの実施例がある。しかし基板温度は970℃、1020℃、1030℃であって、本発明の下限である1040℃以下である。特許文献2、3はピッチの広いマスクを使わないし、鉄ドープをしていない。本発明と特許文献2、3は3重の相違がある。   Patent Documents 2 and 3 do not use a mask with a large pitch. There are eight examples where the 5/3 group ratio b is 3. There are two examples where the 5/3 group ratio b is 4. There are ten examples where the 5/3 group ratio b is six. However, the substrate temperature is 970 ° C., 1020 ° C., 1030 ° C., which is 1040 ° C. or less which is the lower limit of the present invention. Patent Documents 2 and 3 do not use a wide pitch mask and do not dope iron. The present invention and Patent Documents 2 and 3 have a triple difference.

特許文献8はファセット成長法の最初のものであるがピッチの大きいマスクを使わない。成長温度が1050℃である。5/3族比b=40である。鉄ドープしない。本発明と特許文献8は3つの点で異なる。   Patent Document 8 is the first facet growth method, but does not use a mask with a large pitch. The growth temperature is 1050 ° C. The 5/3 group ratio b = 40. Do not iron dope. The present invention and Patent Document 8 are different in three points.

特許文献9、10はピッチの広いマスクを使う。成長温度が1030℃、1050℃である時、5/3族比b=12、12.5、15倍である。5/3族比b=8である時温度は1010℃である。これも鉄ドープしない。本発明のII型は特許文献9、10は2つの点で異なる。本発明のI型は表面がほぼ平坦だから、特許文献9、10と3つの点で異なる。   Patent Documents 9 and 10 use a mask with a wide pitch. When the growth temperature is 1030 ° C. and 1050 ° C., the 5/3 group ratio b = 12, 12.5, and 15 times. The temperature is 1010 ° C. when the 5/3 group ratio b = 8. This is also not iron-doped. The type II of the present invention differs from Patent Documents 9 and 10 in two points. Since the surface of the type I of the present invention is almost flat, it differs from Patent Documents 9 and 10 in three respects.

特許文献11は鉄ドープする唯一の文献である。MOCVD法で温度1000℃、5/3族比b=50倍、HVPEで温度1000℃、5/3族比b=50倍である。マスクを使わない。本発明と特許文献は、成長温度、5/3族比b、マスク有無の3つの点で異なる。   Patent Document 11 is the only document on which iron is doped. The temperature is 1000 ° C. and the 5/3 group ratio b is 50 times by MOCVD, and the temperature is 1000 ° C. and the 5/3 group ratio b is 50 times by HVPE. Do not use a mask. The present invention differs from the patent literature in three respects: growth temperature, 5/3 group ratio b, and mask presence / absence.

鉄をドープしたのでこれが内在的なドナーを打ち消して、比抵抗が10Ωcm以上の半絶縁性窒化物半導体基板を得ることができる。 Since iron is doped, this cancels the intrinsic donor, and a semi-insulating nitride semiconductor substrate having a specific resistance of 10 7 Ωcm or more can be obtained.

繰り返しピッチの大きいマスクを下地基板に形成してその上に結晶成長するので、内部に結晶欠陥集合領域Hや低欠陥単結晶領域Z、C面成長領域Yなど異なる組織の構造ができる。それが内部応力を緩和するので、反りが少ない結晶を得ることができる。   Since a mask having a large repetitive pitch is formed on the base substrate and crystal is grown thereon, structures having different structures such as a crystal defect gathering region H, a low defect single crystal region Z, and a C-plane growth region Y can be formed. Since it relieves internal stress, a crystal with less warpage can be obtained.

繰り返しピッチの大きいマスクを下地基板に形成してその上に結晶成長するので、内部に結晶欠陥集合領域Hや低欠陥単結晶領域Z、C面成長領域Yなど異なる組織の構造ができる。それが内部応力を緩和するのでクラックの発生が少ない基板を得ることができる。   Since a mask having a large repetitive pitch is formed on the base substrate and crystal is grown thereon, structures having different structures such as a crystal defect gathering region H, a low defect single crystal region Z, and a C-plane growth region Y can be formed. Since it relieves internal stress, a substrate with less cracking can be obtained.

成長温度を1040℃〜1150℃の高温とし、5/3族比bを1〜10という低い値とするので繰り返しピッチの大きいマスクを形成した下地基板の上でも表面のかなり平坦な結晶を成長でき、それによって酸素の混入をかなり防ぐことができる。   Since the growth temperature is set to a high temperature of 1040 ° C. to 1150 ° C. and the 5/3 group ratio b is set to a low value of 1 to 10, a crystal with a fairly flat surface can be grown even on a base substrate on which a mask having a large repetition pitch is formed. , Thereby significantly preventing oxygen contamination.

酸素の混入を防ぐことができるので結晶構造の乱れが少なく、反り、クラックが少なくなる。   Since mixing of oxygen can be prevented, there is little disorder of the crystal structure, and warping and cracks are reduced.

特許文献11は、基板温度を1000℃にし、5/3族比bを50倍にしてサファイヤ基板の上に鉄ドープGaNを成長させる。特許文献11のように、下地基板に直接に鉄ドープGaNを気相成長すると、異質の鉄が入り格子構造を歪める。不純物濃度(鉄濃度)が高いと大きい応力が生じ応力緩和できず、内部歪みが大きくなりクラック、反りが大きくなる。内部応力を緩和しないと、反り、クラックを抑制しつつ高濃度にFeドープできない。   In Patent Document 11, iron-doped GaN is grown on a sapphire substrate by setting the substrate temperature to 1000 ° C. and increasing the 5/3 group ratio b to 50 times. As in Patent Document 11, when iron-doped GaN is vapor-phase grown directly on the base substrate, foreign iron enters and distorts the lattice structure. If the impurity concentration (iron concentration) is high, a large stress is generated and the stress cannot be relaxed, the internal strain increases, and cracks and warpage increase. If the internal stress is not relaxed, it is impossible to dope Fe at a high concentration while suppressing warping and cracking.

特許文献8、9、10で提案されたファセット成長法は、下地基板の上に露呈部の広いマスクを設け、マスクの上に結晶欠陥を集中させることにより周辺部(Z、Y)での転位を減らす作用がある。それらは転位の減少を意図していた。   In the facet growth method proposed in Patent Documents 8, 9, and 10, dislocations at peripheral portions (Z, Y) are provided by providing a mask with a wide exposed portion on a base substrate and concentrating crystal defects on the mask. Has the effect of reducing They were intended to reduce dislocations.

半絶縁性基板の場合は大電流、高電圧に耐えるため転位密度が低いことが望ましい。   In the case of a semi-insulating substrate, it is desirable that the dislocation density is low in order to withstand a large current and a high voltage.

さらに、特許文献8、9、10のファセット成長法は、異なる構造の部分H、Z、Yが結晶中に発生するのでそれが応力を緩和する。そのために反りを減らしクラック発生を抑制するという効果もあることが分かってきた。   Further, in the facet growth methods of Patent Documents 8, 9, and 10, portions H, Z, and Y having different structures are generated in the crystal, which relieves stress. Therefore, it has been found that there is an effect of reducing warpage and suppressing the occurrence of cracks.

それで本発明は、鉄ドープのGaN結晶を作る場合もファセット成長の手法を利用する。ファセット成長法は特許文献8のようにマスクの無いものもあるが、特許文献9、10のように、マスクを下地基板に付けてH、Z、Yの部分ができる位置を予め指定できるものもある。   Therefore, the present invention also uses the facet growth technique when making iron-doped GaN crystals. Some facet growth methods do not have a mask as in Patent Document 8, but others can specify in advance positions where H, Z, and Y portions can be formed by attaching a mask to a base substrate as in Patent Documents 9 and 10. is there.

欠陥の集結した結晶欠陥集合領域Hと、欠陥の少ない低欠陥単結晶領域Z、C面成長領域Yとが交替する構造は内部応力を緩和できる。不純物ドープにより歪みがあってもその応力を減殺できる。   The structure in which the crystal defect assembly region H where defects are concentrated, the low-defect single crystal region Z with few defects, and the C-plane growth region Y alternate can relieve internal stress. Even if there is distortion due to impurity doping, the stress can be reduced.

従ってマスクを付けファセット成長する手法は、高濃度に不純物を入れる鉄ドープGaN結晶の製造に有用である。   Therefore, the technique of facet growth with a mask is useful for the production of iron-doped GaN crystals into which impurities are introduced at a high concentration.

マスク被覆部で結晶の成長が遅れ露呈部では成長が先行するのでファセットができ、転位密度は減少する。ところがファセットがあると特許文献7にあるようにファセットを通じて酸素が余計に結晶内部にドープされることが分かってきた。   Since the crystal growth is delayed in the mask covering portion and the growth is preceded in the exposed portion, facets can be formed, and the dislocation density decreases. However, it has been found that when facets are present, oxygen is further doped into the crystal through the facets as disclosed in Patent Document 7.

酸素は特許文献6にあるようにn型キャリヤを発生するので鉄ドープの効果を減殺する。酸素が取り込まれるとそれを補償する為に大量の鉄原子をドープしなければならない。そうなると酸素も鉄も高濃度に結晶に含まれることになる。   Oxygen generates n-type carriers as described in Patent Document 6, so the effect of iron doping is reduced. If oxygen is taken in, it must be doped with a large amount of iron atoms to compensate for it. As a result, oxygen and iron are contained in the crystal at a high concentration.

酸素も鉄もGaNの本来の構成要素でない。大量にドープされると結晶の格子構造を乱す。高濃度の酸素、鉄の添加は結晶の規則性を低下させる。それは転位密度を高めるし内部応力を増やして反りを大きくする。クラックの発生率も上がる。半絶縁性にするため鉄ドープは仕方がない。しかし酸素は不要である。よって酸素濃度をできるだけ低く抑えたい。例えば、原料ガスをできるだけ精製し酸素、水分を除去するということが必要になる。しかしそれでも水分を完全に除去するのは難しい。原料ガスに幾分の酸素、水分が残る。   Neither oxygen nor iron is an essential component of GaN. When heavily doped, the crystal lattice structure is disturbed. Addition of high concentrations of oxygen and iron lowers the regularity of the crystal. It increases dislocation density and increases internal stress to increase warpage. The incidence of cracks also increases. Iron doping is inevitable to make it semi-insulating. However, oxygen is not necessary. Therefore, I want to keep the oxygen concentration as low as possible. For example, it is necessary to purify the source gas as much as possible to remove oxygen and moisture. However, it is still difficult to remove moisture completely. Some oxygen and moisture remain in the source gas.

酸素は特許文献7のようにC面からは入り難くファセットを通して容易に入る。ということは酸素混入を減らすにはファセットを作らずC面で成長させる、ということが有望だと思われる。   Oxygen does not easily enter from the C-plane as in Patent Document 7, and easily enters through facets. In other words, to reduce oxygen contamination, it seems promising to grow on the C-plane without making facets.

特許文献8、9、10より以前はC面成長をしていたわけである。よって特許文献1〜5のそれまでの通常のC面成長に戻るということも考えられる。しかしそれは特許文献11と同じことになる。クラックや反りの点で満足できない。   Prior to Patent Documents 8, 9, and 10, C-plane growth was performed. Therefore, it can be considered that the conventional C-plane growth up to that of Patent Documents 1 to 5 is restored. However, this is the same as Patent Document 11. Unsatisfied with cracks and warping.

特許文献8、9、10のファセット成長法は転位を減らすだけでなく内部応力を減らし反りを軽減する作用がある。転位減少効果ではなく内部応力減少効果が要求されるのである。それで本発明者は、特許文献9、10のような被覆部より露呈部が広く被覆部、露呈部のピッチが大きいというようなマスクを使い、温度と5/3族比bを適当な範囲に制御し、ファセットを抑制することによって、反りが小さくクラックの発生の少ない結晶成長をするということに思い到った。   The facet growth methods of Patent Documents 8, 9, and 10 have the effect of reducing not only dislocations but also reducing internal stress and reducing warpage. Instead of the dislocation reduction effect, the internal stress reduction effect is required. Therefore, the present inventor uses a mask in which the exposed portion is wider than the covered portion as in Patent Documents 9 and 10 and the pitch of the covered portion and the exposed portion is larger, and the temperature and the 5/3 group ratio b are within appropriate ranges. By controlling and suppressing facets, the inventors came up with the idea of crystal growth with less warpage and less cracking.

例えば50μm幅の平行マスクを500μm間隔で設けた基板の上にファセットを作らないで成長させる、それにはどうすれば良いのか?そのためには成長温度をより高くし、3族原料(Gaなど)をより多く供給すると良いということが分かってきた。   For example, what should be done to grow without forming facets on a substrate provided with parallel masks of 50 μm width at intervals of 500 μm? For this purpose, it has been found that it is better to raise the growth temperature and supply more Group 3 raw materials (such as Ga).

1080℃以上の高い温度で5/3族比bが1〜10のように低いと、ピッチの大きいマスクの上であってもC面を保持して成長するようになることが分かってきた。1090℃以上で5/3族比bを1〜5にするとより確実にC面を維持して成長するようである。図21に示す通りである。1110℃の基板温度であると5/3族比bが1〜10でファセットを作らないで結晶成長する。すると酸素があまり入らない。酸素は鉄ドープの作用を打ち消すのであるが、酸素が入らないと鉄ドープの効果が強く現れる。そのため窒化物半導体結晶は半絶縁性になるのである。マスクの上に成長させるから、H、Z、Yのような異質の部分が生成される。それが内部応力を減少させるので反り、クラックを減らす。   It has been found that when the 5/3 group ratio b is as low as 1 to 10 at a high temperature of 1080 ° C. or higher, the C plane is maintained even on a mask having a large pitch. It seems that when the 5/3 group ratio b is set to 1 to 5 at 1090 ° C. or higher, the C plane is maintained more reliably. As shown in FIG. When the substrate temperature is 1110 ° C., the 5/3 group ratio b is 1 to 10 and crystal growth occurs without forming facets. Then oxygen does not enter much. Oxygen cancels the action of iron doping, but if oxygen does not enter, the effect of iron doping appears strongly. Therefore, the nitride semiconductor crystal becomes semi-insulating. Since the growth is performed on the mask, a heterogeneous portion such as H, Z, and Y is generated. It reduces internal stress and warps and reduces cracks.

酸素が入ってもそれを打ち消す量の鉄をドープすれば良い。不純物がたくさん入っても内部応力が小さければ良い。既に述べたように、H、Z、Yなどの異質の部分が混在する構造があれば反りやクラックを減らすことができる。それで温度を少し下げても、マスク構造があれば応力を減らすことができる。より低温の1040℃程度まで基板温度を下げてマスク構造の上に窒化物半導体結晶を成長させる。すると、C面成長でなくファセット成長になる。図20のようになる。ファセットFを作りながら成長するのであるが、5/3族比bが低いとある程度酸素の侵入を防ぐことができるようである。 さらに、成長初期はファセット成長させるように温度、5/3族比bを適当な範囲に制御して転位と内部応力を減らし、次にC面成長させるように温度、5/3族比を適当な範囲に制御して酸素の取り込み量を減らして少ないFeドープ量で高抵抗のGaN基板を作製することもできる。   What is necessary is just to dope the iron of the quantity which cancels even if oxygen enters. Even if a lot of impurities enter, the internal stress should be small. As already described, if there is a structure in which different parts such as H, Z, and Y are mixed, warpage and cracks can be reduced. Even if the temperature is lowered a little, the stress can be reduced if there is a mask structure. The substrate temperature is lowered to a lower temperature of about 1040 ° C. to grow a nitride semiconductor crystal on the mask structure. Then, it becomes facet growth instead of C-plane growth. As shown in FIG. Although it grows while making the facet F, it seems that oxygen penetration can be prevented to some extent if the 5/3 group ratio b is low. Furthermore, at the initial stage of growth, the temperature 5/3 group ratio b is controlled to an appropriate range so as to cause facet growth, the dislocation and internal stress are reduced, and then the temperature 5/3 group ratio is appropriately adjusted so that C plane growth is performed. A high resistance GaN substrate can be produced with a small amount of Fe doping by controlling the amount of oxygen within the above range.

区別するため、図21のように成長後に表面平坦な結晶をI型と呼ぶ。図20のような表面が山谷形のものをII型と呼ぶことにする。   For distinction, a crystal whose surface is flat after growth as shown in FIG. A surface having a Yamatani shape as shown in FIG. 20 is called a type II.

5/3族比bが1〜10のように低くて、温度が1040℃〜1070℃である場合、II型の結晶(図20)ができる。結晶欠陥集合領域Hが低く、ファセットが続いて低欠陥単結晶領域Zがその下にできる。これはストライプ型マスクを使いC面がない極限の場合の断面図を書いている。ストライプマスクの場合でも中間にC面があり、C面成長領域Yが存在する場合もある。ドットマスクの場合は必ずC面があり、C面成長領域Yが存在する。   When the 5/3 group ratio b is as low as 1 to 10 and the temperature is 1040 ° C. to 1070 ° C., type II crystals (FIG. 20) can be formed. The crystal defect gathering region H is low, followed by faceting, and a low defect single crystal region Z can be formed therebelow. This is a cross-sectional view of an extreme case using a stripe mask and no C-plane. Even in the case of a stripe mask, there may be a C plane in the middle and a C plane growth region Y may exist. In the case of a dot mask, there is always a C plane, and a C plane growth region Y exists.

5/3族比bが1〜10のように低く、温度が1090℃〜1150℃のように高いと、I型の結晶(図21)ができる。表面は平坦であり、マスクの直上には結晶欠陥集合領域Hがありそれらが表面に露呈している。そのほかの部分は低欠陥単結晶領域ZとC面成長領域Yの混合である。   When the 5/3 group ratio b is as low as 1 to 10 and the temperature is as high as 1090 ° C. to 1150 ° C., an I-type crystal (FIG. 21) can be formed. The surface is flat, and there are crystal defect gathering regions H immediately above the mask, which are exposed on the surface. The other part is a mixture of the low-defect single crystal region Z and the C-plane growth region Y.

温度がそれらの中間の場合(1070℃〜1090℃)は混合型となる。図24のような台形形状の結晶ができる。マスクの上には結晶欠陥集合領域Hができる。露呈部の上には低欠陥単結晶領域Z、C面成長領域Yができる。   When the temperature is intermediate between them (1070 ° C. to 1090 ° C.), it becomes a mixed type. A trapezoidal crystal as shown in FIG. 24 is formed. A crystal defect gathering region H is formed on the mask. A low-defect single crystal region Z and a C-plane growth region Y are formed on the exposed portion.

マスクの上に生成する結晶欠陥集合領域Hは、これまでの研究でかなりのことが分かってきた。結晶欠陥集合領域Hはコアと簡単に呼ぶこともある。結晶欠陥集合領域Hは転位を集めた部分である。   The crystal defect gathering region H generated on the mask has been considerably understood by previous studies. The crystal defect gathering region H may be simply referred to as a core. The crystal defect gathering region H is a part where dislocations are collected.

結晶欠陥集合領域Hには3つの異なる場合がある。   There are three different cases of the crystal defect gathering region H.

1つは多結晶である。方位の異なる結晶粒が多数存在する。   One is polycrystalline. There are many crystal grains with different orientations.

もう1つの場合は方位が他の部分(Z、Y)と異なる単結晶である。他の部分はc軸が上向きになる単結晶である。c軸が斜めになる単結晶ということがある。そのような結晶欠陥集合領域Hは傾斜層と呼ぶ。   In the other case, it is a single crystal whose orientation is different from that of other portions (Z, Y). The other part is a single crystal with the c-axis facing upward. Sometimes referred to as a single crystal with the c-axis inclined. Such a crystal defect gathering region H is called an inclined layer.

残りの1つの場合はc軸が下を向くような単結晶である。つまり他の部分(Z、Y)と結晶軸の方向が全く反転している単結晶なのである。それを反転層と呼ぶ。反転層が最も転位を閉じ込める力が大きい。次いでc軸が傾いた単結晶である傾斜層が転位を閉じ込める力がある。多結晶は転位を捕獲しておく力が最も弱い。   The remaining one is a single crystal with the c-axis facing downward. That is, it is a single crystal in which the direction of the crystal axis is completely reversed from that of other portions (Z, Y). This is called an inversion layer. The inversion layer has the greatest power to confine dislocations. Next, the inclined layer, which is a single crystal with the c-axis inclined, has the ability to confine dislocations. Polycrystals have the weakest ability to capture dislocations.

ドット型ストライプ型の何れの場合も下地基板に設けるマスクはELO(1〜2μm直径、3〜5μmピッチ;露呈部狭小)よりずっとピッチが大きくて露呈部が広い。よってZ、Y、Hのような異なる部分からなる構造を持つことができるのである。   In any case of the dot-type stripe type, the mask provided on the base substrate is much larger in pitch than the ELO (1-2 μm diameter, 3-5 μm pitch; narrow exposed portion), and the exposed portion is wide. Therefore, it can have a structure composed of different parts such as Z, Y, and H.

マスクの寸法はストライプマスクの場合、被覆部幅sが10μm〜100μmとする。隣接被覆部間隔wは250μm〜2000μmとする。図25にそれを示す。   In the case of a stripe mask, the mask has a covering portion width s of 10 μm to 100 μm. The interval w between adjacent coating portions is 250 μm to 2000 μm. This is shown in FIG.

ドットマスクの場合は被覆部直径sが10μm〜100μmとする。被覆部の間隔wは250μm〜2000μmとする。図26にそれを示す。マスク部直径が10μm未満であると結晶欠陥集合領域Hの形成維持が巧くいかない。結晶欠陥集合領域Hができても途中で消失する。間隔が2000μmを越えてもHZY構造はできるのであるが結晶がかなり厚くないと結晶欠陥集合領域Hによる転位の完全な捕獲ができない。   In the case of a dot mask, the covering portion diameter s is 10 μm to 100 μm. The space | interval w of a coating part shall be 250 micrometers-2000 micrometers. This is shown in FIG. When the mask part diameter is less than 10 μm, the formation and maintenance of the crystal defect gathering region H is not successful. Even if the crystal defect gathering region H is formed, it disappears in the middle. Although the HZY structure can be formed even if the distance exceeds 2000 μm, dislocations cannot be completely captured by the crystal defect gathering region H unless the crystal is very thick.

ELO法のようにマスクの寸法が小さい場合は結晶成長と共に表面が平坦(C面)になりマスクの影響はすぐになくなってしまう。しかしマスクの寸法が大きいと成長が進んでもなかなか表面が平坦にならない。ファセット成長法(特許文献9、10)は最後までファセットを維持して転位を減らすものである。   When the size of the mask is small as in the ELO method, the surface becomes flat (C plane) as the crystal grows, and the influence of the mask disappears immediately. However, if the size of the mask is large, the surface will not be flat even if the growth proceeds. The facet growth method (Patent Documents 9 and 10) maintains facets until the end and reduces dislocation.

さらに問題は反りやクラックである。特許文献11のようにマスク無しの下地基板の上に鉄ドープGaNをC面成長させると自立基板とした時に割れたり強く反ったりする。   Further problems are warping and cracks. When iron-doped GaN is grown on the C-plane on a base substrate without a mask as in Patent Document 11, the substrate is cracked or strongly warped when it is used as a free-standing substrate.

本発明は内部にZ、H、Yなど異質の構造部を混在させることによって内部応力を減らす。そのためにピッチpの広い(間隔w、幅s共に広い;p=s+w)マスクを使ってZ、H、Yなどの構造物を作る。しかしファセットが優越すると酸素が入ってしまうので、温度を上げ5/3族比bを下げてなるべく平坦表面のI型になるようにして結晶を作る。I型が一層望ましい。   The present invention reduces internal stress by intermingling heterogeneous structures such as Z, H, and Y inside. For this purpose, a structure such as Z, H, or Y is formed using a mask having a wide pitch p (both the interval w and width s; p = s + w). However, if the facet dominates, oxygen will enter, so the crystal is made by raising the temperature and lowering the 5/3 group ratio b so that the surface is as flat as possible. Type I is more desirable.

しかしII型でも半絶縁性になり、反りやクラックも満足できる範囲にあるのでII型も利用可能であり、本発明の範囲に含まれる。   However, the type II is also semi-insulating, and since the warp and cracks are in a satisfactory range, the type II can also be used and is included in the scope of the present invention.

上に述べたような直径(幅)、間隔の広いマスクを下地基板に形成し、基板温度を1040℃以上に高くして、HVPE法で、5/3族比bが1〜10の5族、3族原料と鉄化合物ガス原料を供給しながら、下地基板の上に窒化物半導体結晶を合成し、下地基板を除去する。酸素量が比較的少なく、反りが少なく、クラック発生率が低い自立鉄ドープ窒化物半導体結晶を作るというのが本発明の骨子である。   A mask with a wide diameter (width) and interval as described above is formed on the base substrate, the substrate temperature is increased to 1040 ° C. or higher, and the 5/3 group ratio b is 1 to 10 in the HVPE method. While supplying the Group 3 raw material and the iron compound gas raw material, a nitride semiconductor crystal is synthesized on the base substrate, and the base substrate is removed. The essence of the present invention is to produce a self-supporting iron-doped nitride semiconductor crystal having a relatively small amount of oxygen, little warpage, and a low crack generation rate.

(111)Ga面のGaAsを下地基板としドットマスク或いはストライプマスクを形成した。マスクはSiOであり厚みは60nm〜200nmである。マスクの寸法(s,w,p)については後に述べる。その上にGaN膜をHVPE法によって成長させた。初めにバッファ層を形成し、次いで厚いエピタキシャル成長層を形成した。バッファ層の条件は以下のようである。 A dot mask or a stripe mask was formed using GaAs on the (111) Ga surface as a base substrate. The mask is SiO 2 and the thickness is 60 nm to 200 nm. The mask dimensions (s, w, p) will be described later. A GaN film was grown thereon by the HVPE method. First, a buffer layer was formed, and then a thick epitaxial growth layer was formed. The conditions of the buffer layer are as follows.

バッファ層の成長の条件
基板温度 500℃〜550℃
GaCl分圧 PGaCl=80Pa (0.0008atm)
NH分圧 PNHE3=16kPa (0.16atm )
バッファ層膜厚 50nm
Conditions for buffer layer growth
Substrate temperature 500 ° C to 550 ° C
GaCl partial pressure P GaCl = 80 Pa (0.0008 atm)
NH 3 partial pressure P NHE3 = 16 kPa (0.16 atm)
Buffer layer thickness 50nm

バッファ層成長時の5/3族比bはb=200である。本発明では成長温度と5/3族比bを重視するがそれはエピタキシャル成長(厚膜成長)時の値であり、バッファ層形成時の5/3族比bは問題にしていない。   The 5/3 group ratio b during the growth of the buffer layer is b = 200. In the present invention, importance is attached to the growth temperature and the 5/3 group ratio b, which is a value at the time of epitaxial growth (thick film growth), and the 5/3 group ratio b at the time of forming the buffer layer is not a problem.

基板内に、「クラックが発生した」というのは長さが2.0mm以上の表面線状割れが生じた場合、或いは0.5mm〜2.0mmの表面線状割れが3本以上生じた場合、或いは0.3mm〜0.5mmの表面線状割れが21本以上発生したことを言う。   In the substrate, “crack occurred” means that when a surface linear crack with a length of 2.0 mm or more occurs or when three or more surface linear cracks with a length of 0.5 mm to 2.0 mm occur. Or, it means that 21 or more surface linear cracks of 0.3 mm to 0.5 mm occurred.

基板内に、「クラックが生じない」というのは、2.0mm以上の表面線状割れが0で、0.5mm〜2.0mmの線状割れが2本以下であり、0.3mm〜0.5mmの割れが20本以下であることをいう。   In the substrate, “crack does not occur” means that surface linear cracks of 2.0 mm or more are 0, linear cracks of 0.5 mm to 2.0 mm are 2 or less, and 0.3 mm to 0 It means that there are 20 or less 5 mm cracks.

クラック発生率(%)というのは成長させた基板の内、クラックが発生した基板の枚数を全体の基板の枚数で割って100を掛けた値である。ドナー密度Dというのはn型不純物の濃度を言う。ここではSiをドープしていないのでドナーは酸素(O)である。つまりドナー密度Dというのはドナー準位を作る酸素濃度ということである。酸素濃度、鉄濃度共にSIMSによって測定した。   The crack generation rate (%) is a value obtained by dividing the number of grown substrates by the number of the total number of substrates and multiplying by 100. The donor density D refers to the concentration of n-type impurities. Here, since Si is not doped, the donor is oxygen (O). In other words, the donor density D is the oxygen concentration that creates a donor level. Both oxygen concentration and iron concentration were measured by SIMS.

基板の反りUは曲率半径R(m)で表現する。   The warpage U of the substrate is expressed by a radius of curvature R (m).

たくさんの実験を繰り返し行った。   Many experiments were repeated.

ここで45個の試料について述べる。試料に1〜45の番号を付ける。1〜36、44、45は本発明の実施例である。試料37〜43は比較例である。試料1〜36、44、45の実施例の内、試料1〜21、44はI型(平坦表面)である。試料22〜36、45はII型(山形)である。   Here, 45 samples are described. Number the samples 1 to 45. Reference numerals 1-36, 44, and 45 are examples of the present invention. Samples 37 to 43 are comparative examples. Of the examples of Samples 1-36, 44, 45, Samples 1-21, 44 are I-type (flat surface). Samples 22 to 36 and 45 are type II (Yamagata).

比較例はマスクを下地基板に付けておらず平坦下地基板の上に直接に結晶を気相成長させている。比較例37〜43はマスクの影響を確かめるために特に実験したもので従来技術ではない。温度、5/3族比bは本発明の限定の範囲内としたものもある。   In the comparative example, the mask is not attached to the base substrate, and the crystal is vapor-phase grown directly on the flat base substrate. Comparative Examples 37 to 43 were specifically tested to confirm the influence of the mask and are not conventional techniques. The temperature 5/3 group ratio b may be within the limits of the present invention.

表1に、試料番号、コア間隔(μm)、コア幅(μm)、成長温度(℃)、PGa(GaCl分圧;kPa)、PN(アンモニア分圧;kPa)、基板寸法(mm、インチ(″)、厚み(μm)、コアの種類、結晶面タイプ、Fe密度(cm−3)、ドナー密度(酸素量;cm−3)、比抵抗(Ωcm)、クラック発生率(%)、反り(反りの曲率半径;m)を示す。 Table 1 shows the sample number, core interval (μm), core width (μm), growth temperature (° C.), PGa (GaCl partial pressure; kPa), PN (ammonia partial pressure; kPa), substrate dimensions (mm, inches ( ″), Thickness (μm), core type, crystal plane type, Fe density (cm −3 ), donor density (oxygen amount; cm −3 ), specific resistance (Ωcm), crack generation rate (%), warpage ( Curvature radius of curvature; m).

Figure 2009120465
Figure 2009120465

[実施例A:半絶縁性基板の実施例]
[試料1(実施例;I型)]
18mm角の正方形GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。18mm角の矩形ウエハ−を下地基板に使ったのが試料1の特徴である。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1110℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。
[Example A: Example of semi-insulating substrate]
[Sample 1 (Example; Type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on an 18 mm square square GaAs substrate. A feature of Sample 1 is that an 18 mm square rectangular wafer was used as the base substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1110 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more.

GaAs基板を加工除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはI型である。成長温度Tqが高いのでI型になったのである。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=1×1017cm−3である。鉄の取り込み量が少ない。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性がやや低いのは鉄密度が低いからである。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは4%であった。クラック発生率は極めて低い。全試料の中で最小である。反りはU=5.6mである。反りは十分に小さい。 The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Very low donor density values. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 17 cm −3 . Fewer iron uptake. The specific resistance was 1 × 10 7 Ωcm. The reason why the insulation is slightly low is because the iron density is low. However, it can still be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 4%. The crack generation rate is extremely low. The smallest of all samples. Warpage is U = 5.6 m. Warpage is small enough.

[試料2(実施例;I型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1110℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。
[Sample 2 (Example; Type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1110 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more.

GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはI型である。成長温度Tqが高いのでI型になったのである。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=1×1017cm−3である。鉄の取り込み量が少ない。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性がやや低いのは鉄密度が低いからである。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは12%であった。クラック発生率は極めて低い。反りはU=5.2mである。反りは十分に小さい。 The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Very low donor density values. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 17 cm −3 . Fewer iron uptake. The specific resistance was 1 × 10 7 Ωcm. The reason why the insulation is slightly low is because the iron density is low. However, it can still be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 12%. The crack generation rate is extremely low. The warpage is U = 5.2 m. Warpage is small enough.

[試料3(実施例;I型)]
3インチ(75mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。これは基板の寸法が大きいというところが特徴である。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1110℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。
[Sample 3 (Example; Type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 3 inch (75 mm diameter) GaAs substrate. This is characterized by the large size of the substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1110 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more.

GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはI型である。成長温度Tqが高いのでI型になったのである。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=1×1017cm−3である。鉄の取り込み量が少ない。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性がやや低いのは鉄密度が低いからである。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは18%であった。クラック発生率は極めて低い。反りはU=6.0mである。反りは十分に小さい。 The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Very low donor density values. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 17 cm −3 . Fewer iron uptake. The specific resistance was 1 × 10 7 Ωcm. The reason why the insulation is slightly low is because the iron density is low. However, it can still be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 18%. The crack generation rate is extremely low. Warpage is U = 6.0 m. Warpage is small enough.

[試料4(実施例;I型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1110℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。
[Sample 4 (Example; Type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1110 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more.

GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはI型である。成長温度Tqが高いのでI型になったのである。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=1×1016cm−3である。鉄の取り込み量が少ない。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性がやや低いのは鉄密度が低いからである。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは12%であった。クラック発生率は極めて低い。反りはU=5.8mである。反りは十分に小さい。 The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Very low donor density values. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 16 cm −3 . Fewer iron uptake. The specific resistance was 1 × 10 6 Ωcm. The reason why the insulation is slightly low is because the iron density is low. However, it can still be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 12%. The crack generation rate is extremely low. Warpage is U = 5.8 m. Warpage is small enough.

[試料5(実施例;I型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1110℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=10kPa(0.1atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 5 (Example; Type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1110 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 10 kPa (0.1 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=1である。この試料は5/3族比bを1にしたのが特徴である。GaNの成長でこのように5/3族比bが低いということは嘗てなかった。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはI型である。成長温度Tqが高いのでI型になったのである。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=1×1016cm−3である。鉄の取り込み量が少ない。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性がやや低いのは鉄密度が低いからである。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは12%であった。クラック発生率は極めて低い。反りはU=5.9mである。反りは十分に小さい。 The 5/3 group ratio b is b = 1. This sample is characterized in that the 5/3 group ratio b is set to 1. It was not frightening that the 5/3 group ratio b was so low in the growth of GaN. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Very low donor density values. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 16 cm −3 . Fewer iron uptake. The specific resistance was 1 × 10 6 Ωcm. The reason why the insulation is slightly low is because the iron density is low. However, it can still be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 12%. The crack generation rate is extremely low. Warpage is U = 5.9 m. Warpage is small enough.

[試料6(実施例;I型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1110℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=3.3kPa(0.033atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。5/3族比bはb=3である。この試料は5/3族比bを3にしたのが特徴である。
[Sample 6 (Example; Type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1110 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 3.3 kPa (0.033 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The 5/3 group ratio b is b = 3. This sample is characterized in that the 5/3 group ratio b is set to 3.

コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはI型である。成長温度Tqが高いのでI型になったのである。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=1×1016cm−3である。鉄の取り込み量が少ない。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性がやや低いのは鉄密度が低いからである。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは15%であった。クラック発生率は極めて低い。反りはU=5.8mである。反りは十分に小さい。 The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Very low donor density values. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 16 cm −3 . Fewer iron uptake. The specific resistance was 1 × 10 6 Ωcm. The reason why the insulation is slightly low is because the iron density is low. However, it can still be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 15%. The crack generation rate is extremely low. Warpage is U = 5.8 m. Warpage is small enough.

[試料7(実施例;I型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1110℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 7 (Example; Type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1110 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはI型である。成長温度Tqが高いのでI型になったのである。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=1×1019cm−3である。多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×1011Ωcmであった。極めて高い絶縁性である。絶縁性が高いのは酸素(ドナー)が少なく鉄濃度が高いからである。半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは26%であった。クラック発生率はやや低い。反りはU=5.6mである。反りは十分に小さい。これは絶縁性の高いところが特徴である。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Very low donor density values. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 19 cm −3 . A lot of iron is taken in. The specific resistance was 1 × 10 11 Ωcm. Extremely high insulation. The insulation is high because there is less oxygen (donor) and the iron concentration is high. It can be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 26%. The crack occurrence rate is slightly low. Warpage is U = 5.6 m. Warpage is small enough. This is characterized by high insulation.

[試料8(実施例;I型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1110℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 8 (Example; Type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1110 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはI型である。成長温度Tqが高いのでI型になったのである。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=5×1019cm−3である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×1012Ωcmであった。頗る高い絶縁性である。絶縁性が高いのは酸素(ドナー)が少なく鉄濃度が高いからである。半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは20%であった。クラック発生率はやや低い。反りはU=5.9mである。反りは十分に小さい。これは絶縁性の特に高いところが特徴である。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Very low donor density values. The iron density (Fe) is F = 5 × 10 19 cm −3 . An extremely large amount of iron is taken up. The specific resistance was 1 × 10 12 Ωcm. It is highly insulating. The insulation is high because there is less oxygen (donor) and the iron concentration is high. It can be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 20%. The crack occurrence rate is slightly low. Warpage is U = 5.9 m. Warpage is small enough. This is characterized by a particularly high insulating property.

[試料9(実施例;I型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1110℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。
[Sample 9 (Example; Type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1110 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more.

GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は多結晶Pである。結晶面タイプはI型である。成長温度Tqが高いのでI型になったのである。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=1×1017cm−3である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは16%であった。クラック発生率は極めて低い。反りはU=5.7mである。反りは十分に小さい。マスク上の結晶が反転層Jでなく多結晶Pとなっているところがこの特徴である。クラックや反り、比抵抗などはマスク上の結晶が反転層Jとなっている場合とあまり変わりがない。 The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is polycrystalline P. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Very low donor density values. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 17 cm −3 . Considerable iron is taken in. The specific resistance was 1 × 10 7 Ωcm. Insulation is not high. However, it can be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 16%. The crack generation rate is extremely low. Warpage is U = 5.7 m. Warpage is small enough. This feature is that the crystal on the mask is not the inversion layer J but the polycrystalline P. Cracks, warpage, specific resistance, etc. are not much different from the case where the crystal on the mask is the inversion layer J.

[試料10(実施例;I型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1110℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 10 (Example; Type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1110 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は傾斜層Aである。結晶面タイプはI型である。成長温度Tqが高いのでI型になったのである。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=1×1017cm−3である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは17%であった。クラック発生率は極めて低い。反りはU=5.9mである。反りは十分に小さい。マスク上の結晶が反転層Jでなく傾斜層Aとなっているところがこの特徴である。クラックや反り、比抵抗などはマスク上の結晶が反転層Jとなっている場合とあまり変わりがない。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the graded layer A. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Very low donor density values. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 17 cm −3 . Considerable iron is taken in. The specific resistance was 1 × 10 7 Ωcm. Insulation is not high. However, it can be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 17%. The crack generation rate is extremely low. Warpage is U = 5.9 m. Warpage is small enough. This feature is that the crystal on the mask is not the inversion layer J but the inclined layer A. Cracks, warpage, specific resistance, etc. are not much different from the case where the crystal on the mask is the inversion layer J.

[試料11(実施例;I型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=10μmの平行ストライプマスクを形成した。これはストライプマスク幅sを10μm(0.01mm)まで狭くしたところに特徴がある。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1110℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 11 (Example; Type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 10 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. This is characterized in that the stripe mask width s is narrowed to 10 μm (0.01 mm). After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1110 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはI型である。成長温度Tqが高いのでI型になったのである。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=1×1017cm−3である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは17%であった。クラック発生率は極めて低い。反りはU=5.2mである。反りは十分に小さい。マスク幅sが小さいと反りがより大きく或いは小さくなる可能性があるがs=10μmとしても反りはあまり大きくならない。s=10μmでもs=50μmでも反りは似たようなものである。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Very low donor density values. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 17 cm −3 . Considerable iron is taken in. The specific resistance was 1 × 10 7 Ωcm. Insulation is not high. However, it can be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 17%. The crack generation rate is extremely low. The warpage is U = 5.2 m. Warpage is small enough. If the mask width s is small, the warp may be larger or smaller, but even if s = 10 μm, the warp is not so large. The warpage is similar whether s = 10 μm or s = 50 μm.

[試料12(実施例;I型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=25μmの平行ストライプマスクを形成した。これはストライプマスク幅sを25μm(0.025mm)まで狭くしたところに特徴がある。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1110℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。5/3族比bはb=2.5である。
[Sample 12 (Example; Type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 25 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. This is characterized in that the stripe mask width s is narrowed to 25 μm (0.025 mm). After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1110 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The 5/3 group ratio b is b = 2.5.

コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはI型である。成長温度Tqが高いのでI型になったのである。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。甚だ低いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=1×1017cm−3である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは19%であった。クラック発生率は極めて低い。反りはU=5.2mである。反りは十分に小さい。マスク幅sが小さいと反りがより大きく或いは小さくなる可能性があるが、s=25μmとしても反りはあまり大きくならない。s=25μmでもs=50μmでも反りは似たようなものである。 The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Very low donor density values. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 17 cm −3 . Considerable iron is taken in. The specific resistance was 1 × 10 7 Ωcm. Insulation is not high. However, it can be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 19%. The crack generation rate is extremely low. The warpage is U = 5.2 m. Warpage is small enough. If the mask width s is small, the warp may be larger or smaller, but even if s = 25 μm, the warp is not so large. The warpage is similar whether s = 25 μm or s = 50 μm.

[試料13(実施例;I型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=100μmの平行ストライプマスクを形成した。これはストライプマスク幅sを100μm(0.1mm)まで広げたところに特徴がある。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1110℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはI型である。成長温度Tqが高いのでI型になったのである。
[Sample 13 (Example; Type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 100 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. This is characterized by extending the stripe mask width s to 100 μm (0.1 mm). After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1110 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type.

ドナー密度はD=1×1015cm−3である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=1×1017cm−3である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは19%であった。クラック発生率は極めて低い。反りはU=5.1mである。反りは十分に小さい。マスク幅sが大きいと反りがより大きく或いは小さくなる可能性があるが、s=100μmとしても反りはあまり大きくならない。s=100μmでもs=50μmでも反りは似たようなものである。 The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Very low donor density values. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 17 cm −3 . Considerable iron is taken in. The specific resistance was 1 × 10 7 Ωcm. Insulation is not high. However, it can be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 19%. The crack generation rate is extremely low. Warpage is U = 5.1 m. Warpage is small enough. When the mask width s is large, the warp may be larger or smaller, but even when s = 100 μm, the warp is not so large. The warpage is similar whether s = 100 μm or s = 50 μm.

[試料14(実施例;I型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=250μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。これはストライプ間隔wを250μm(0.25mm)まで狭めたところに特徴がある。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1110℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 14 (Example; Type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 250 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. This is characterized in that the stripe interval w is narrowed to 250 μm (0.25 mm). After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1110 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはI型である。成長温度Tqが高いのでI型になったのである。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。低いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=1×1017cm−3である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは18%であった。クラック発生率は極めて低い。反りはU=6.0mである。反りは十分に小さい。コア間隔wが狭いと反りがより小さくクラックがより減少する可能性があるがw=500μmでもw=250μmでも反りやクラックはあまり変わらない。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Low donor density values. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 17 cm −3 . Considerable iron is taken in. The specific resistance was 1 × 10 7 Ωcm. Insulation is not high. However, it can be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 18%. The crack generation rate is extremely low. Warpage is U = 6.0 m. Warpage is small enough. If the core interval w is narrow, warpage is smaller and cracks may be reduced, but warpage and cracks do not change much even when w = 500 μm or w = 250 μm.

[試料15(実施例;I型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=750μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。これはストライプ間隔wを750μm(0.75mm)まで広げたところに特徴がある。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1110℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはI型である。成長温度Tqが高いのでI型になったのである。
[Sample 15 (Example; Type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core spacing w of w = 750 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. This is characterized in that the stripe interval w is expanded to 750 μm (0.75 mm). After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1110 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type.

ドナー密度はD=1×1015cm−3である。低いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=1×1017cm−3である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは18%であった。クラック発生率は極めて低い。反りはU=5.9mである。反りは十分に小さい。コア間隔wが広いと反りが大きくなる可能性があるが、w=750μmであってもまだ反りは大きくならないということである。 The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Low donor density values. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 17 cm −3 . Considerable iron is taken in. The specific resistance was 1 × 10 7 Ωcm. Insulation is not high. However, it can be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 18%. The crack generation rate is extremely low. Warpage is U = 5.9 m. Warpage is small enough. If the core interval w is wide, the warping may be large, but even if w = 750 μm, the warping is not yet large.

[試料16(実施例;I型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=1000μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。これはストライプ間隔wを1000μm(1mm)まで広げたところに特徴がある。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1110℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 16 (Example; Type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 1000 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2-inch (50 mm diameter) GaAs substrate. This is characterized in that the stripe interval w is expanded to 1000 μm (1 mm). After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1110 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはI型である。成長温度Tqが高いのでI型になったのである。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。低いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=1×1017cm−3である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは17%であった。クラック発生率は極めて低い。反りはU=5.7mである。反りは十分に小さい。コア間隔wが大きいと反りが大きくなる可能性があるがw=1000μmであってもまだ反りは大きくならないということである。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Low donor density values. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 17 cm −3 . Considerable iron is taken in. The specific resistance was 1 × 10 7 Ωcm. Insulation is not high. However, it can be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 17%. The crack generation rate is extremely low. Warpage is U = 5.7 m. Warpage is small enough. If the core interval w is large, the warp may be large, but even if w = 1000 μm, the warp is not yet large.

[試料17(実施例;I型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=1500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。これはストライプ間隔wを1500μm(1.5mm)まで広げたところに特徴がある。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1110℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 17 (Example; Type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core spacing w of w = 1500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2-inch (50 mm diameter) GaAs substrate. This is characterized in that the stripe interval w is increased to 1500 μm (1.5 mm). After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1110 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはI型である。成長温度Tqが高いのでI型になったのである。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。低いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=1×1017cm−3である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは19%であった。クラック発生率は極めて低い。反りはU=3.9mである。反りはやや大きい。反りUの大きいのはコア間隔wが広い(w=1500μm)からであろう。許容最大反りUcが2m〜3.5mである場合この試料の基板も使用可能である。許容最大反りUcが4m〜5mの場合この試料は不合格となる。許される反りの最大値Ucの値は目的によって異なる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Low donor density values. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 17 cm −3 . Considerable iron is taken in. The specific resistance was 1 × 10 7 Ωcm. Insulation is not high. However, it can be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 19%. The crack generation rate is extremely low. Warpage is U = 3.9 m. Warpage is slightly large. The warp U is large because the core interval w is wide (w = 1500 μm). When the allowable maximum warpage Uc is 2 m to 3.5 m, this sample substrate can also be used. When the allowable maximum warpage Uc is 4 m to 5 m, this sample is rejected. The maximum warp value Uc allowed varies depending on the purpose.

[試料18(実施例;I型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=2000μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。これはストライプ間隔wを2000μm(2mm)まで広げたところに特徴がある。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1110℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。
[Sample 18 (Example; Type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 2000 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2-inch (50 mm diameter) GaAs substrate. This is characterized in that the stripe interval w is expanded to 2000 μm (2 mm). After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1110 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J.

結晶面タイプはI型である。成長温度Tqが高いのでI型になったのである。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。低いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=1×1017cm−3である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは17%であった。クラック発生率は極めて低い。反りはU=3.3mである。反りはやや大きい。反りUの大きいのはコア間隔wが広い(w=2000μm)からであろう。許容最大反りUcが2m〜3mである場合この試料の基板も使用可能である。許容最大反りUcが3.5m〜5mの場合この試料は不合格となる。許される反りの最大値Ucの値は目的によって異なる。 The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Low donor density values. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 17 cm −3 . Considerable iron is taken in. The specific resistance was 1 × 10 7 Ωcm. Insulation is not high. However, it can be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 17%. The crack generation rate is extremely low. Warpage is U = 3.3 m. Warpage is slightly large. The warp U is large because the core interval w is wide (w = 2000 μm). When the allowable maximum warpage Uc is 2 m to 3 m, the substrate of this sample can also be used. When the allowable maximum warpage Uc is 3.5 m to 5 m, this sample is rejected. The maximum warp value Uc allowed varies depending on the purpose.

[試料19(実施例;I型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1110℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 19 (Example; Type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1110 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはI型である。成長温度Tqが高いのでI型になったのである。ドナー密度はD=1×1017cm−3である。かなり高いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=1×1017cm−3である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性は極めて低い。それでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは24%であった。クラック発生はやや多いが使用可能な半絶縁性基板である。反りはU=5.5mである。反りは小さい。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. The donor density is D = 1 × 10 17 cm −3 . A fairly high donor density value. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 17 cm −3 . Considerable iron is taken in. The specific resistance was 1 × 10 5 Ωcm. Insulation is very low. Nevertheless, it can be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 24%. This is a semi-insulating substrate that can be used although cracking is somewhat frequent. Warpage is U = 5.5 m. Warpage is small.

[試料20(実施例;I型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1110℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 20 (Example; Type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1110 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはI型である。成長温度Tqが高いのでI型になったのである。ドナー密度はD=1×1017cm−3である。かなり高いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=1×1019cm−3である。多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性はあまり高くない。それでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは16%であった。クラック発生の少ない良い半絶縁性基板である。反りはU=5.2mである。反りは小さい。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. The donor density is D = 1 × 10 17 cm −3 . A fairly high donor density value. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 19 cm −3 . A lot of iron is taken in. The specific resistance was 1 × 10 7 Ωcm. Insulation is not very high. Nevertheless, it can be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 16%. Good semi-insulating substrate with little cracking. The warpage is U = 5.2 m. Warpage is small.

[試料21(実施例;I型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はまずTg=1050℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長した後、Tq=1110℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが1000μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して1100℃で成長した部分からGaN基板を切出して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 21 (Example; Type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. The epitaxial growth temperature is Tg = 1050 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm), and epitaxial growth is performed until the thickness reaches 400 μm or more, then Tq = 1110 Epitaxial growth was performed at a temperature of 1000 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm). A GaN substrate was cut out from a portion grown at 1100 ° C. after removing the GaAs substrate, and a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm was obtained.

5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはI型である。成長温度Tqが高いのでI型になったのである。ドナー密度はD=1×1017cm−3である。かなり高いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=5×1019cm−3である。多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性はやや高い。半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは27%であった。クラック発生がかなり多いが使用可能な半絶縁性基板である。反りはU=5.3mである。反りは小さい。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. The donor density is D = 1 × 10 17 cm −3 . A fairly high donor density value. The iron density (Fe) is F = 5 × 10 19 cm −3 . A lot of iron is taken in. The specific resistance was 1 × 10 8 Ωcm. Insulation is slightly high. It can be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 27%. It is a semi-insulating substrate that can be used although there are quite many cracks. Warpage is U = 5.3 m. Warpage is small.

[試料22(実施例;II型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1050℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 22 (Example; Type II)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1050 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはII型である。成長温度Tqがやや低いのでII型になったのである。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=1×1017cm−3である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性はあまり高くない。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは17%であった。クラック発生の少ない良い半絶縁性基板である。反りはU=5.0mである。反りは小さい。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq was slightly low, it became type II. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Very low donor density values. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 17 cm −3 . Considerable iron is taken in. The specific resistance was 1 × 10 7 Ωcm. Insulation is not very high. However, it can still be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 17%. Good semi-insulating substrate with little cracking. Warpage is U = 5.0 m. Warpage is small.

[試料23(実施例;II型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1050℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 23 (Example; Type II)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1050 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはII型である。成長温度Tqがやや低いのでII型になったのである。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=1×1016cm−3である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性はやや低い。それでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは13%であった。クラック発生の少ない良い半絶縁性基板である。反りはU=5.5mである。反りは小さい。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq was slightly low, it became type II. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Very low donor density values. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 16 cm −3 . Considerable iron is taken in. The specific resistance was 1 × 10 6 Ωcm. Insulation is slightly low. Nevertheless, it can be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 13%. Good semi-insulating substrate with little cracking. Warpage is U = 5.5 m. Warpage is small.

[試料24(実施例;II型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1050℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 24 (Example; Type II)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1050 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはII型である。成長温度Tqがやや低いのでII型になったのである。ドナー密度はD=1×1017cm−3である。かなり高い値である。鉄密度(Fe)はF=1×1019cm−3である。多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは16%であった。クラック発生の少ない良い半絶縁性基板である。反りはU=5.7mである。反りは小さい。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq was slightly low, it became type II. The donor density is D = 1 × 10 17 cm −3 . It is a fairly high value. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 19 cm −3 . A lot of iron is taken in. The specific resistance was 1 × 10 7 Ωcm. Insulation is not high. However, it can be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 16%. Good semi-insulating substrate with little cracking. Warpage is U = 5.7 m. Warpage is small.

[試料25(実施例;II型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1050℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 25 (Example; Type II)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1050 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはII型である。成長温度Tqがやや低いのでII型になったのである。ドナー密度はD=1×1017cm−3である。かなり高い値である。鉄密度(Fe)はF=5×1019cm−3である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性はやや高い。半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは29%であった。かなり大きい値であるが有用な基板である。反りはU=5.3mである。反りは小さい。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq was slightly low, it became type II. The donor density is D = 1 × 10 17 cm −3 . It is a fairly high value. The iron density (Fe) is F = 5 × 10 19 cm −3 . An extremely large amount of iron is taken up. The specific resistance was 1 × 10 8 Ωcm. Insulation is slightly high. It can be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 29%. Although it is a considerably large value, it is a useful substrate. Warpage is U = 5.3 m. Warpage is small.

[試料26(実施例;II型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1050℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 26 (Example; Type II)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1050 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはII型である。成長温度Tqがやや低いのでII型になったのである。ドナー密度はD=1×1019cm−3である。極めて高い値である。鉄密度(Fe)はF=7×1019cm−3である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性は極めて低い。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは29%であった。かなり大きい値であるが有用な基板である。反りはU=6.0mである。反りは小さい。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq was slightly low, it became type II. The donor density is D = 1 × 10 19 cm −3 . Extremely high value. The iron density (Fe) is F = 7 × 10 19 cm −3 . An extremely large amount of iron is taken up. The specific resistance was 1 × 10 5 Ωcm. Insulation is very low. However, it can be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 29%. Although it is a considerably large value, it is a useful substrate. Warpage is U = 6.0 m. Warpage is small.

[試料27(実施例;II型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1050℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 27 (Example; Type II)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1050 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはII型である。成長温度Tqがやや低いのでII型になったのである。ドナー密度はD=1×1019cm−3である。極めて高い値である。鉄密度(Fe)はF=8×1019cm−3である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは28%であった。かなり大きい値であるが有用な基板である。反りはU=5.1mである。反りは小さい。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq was slightly low, it became type II. The donor density is D = 1 × 10 19 cm −3 . Extremely high value. The iron density (Fe) is F = 8 × 10 19 cm −3 . An extremely large amount of iron is taken up. The specific resistance was 1 × 10 7 Ωcm. Insulation is not high. However, it can be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 28%. Although it is a considerably large value, it is a useful substrate. Warpage is U = 5.1 m. Warpage is small.

[試料28(実施例;II型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1050℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 28 (Example; Type II)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1050 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはII型である。成長温度Tqがやや低いのでII型になったのである。ドナー密度はD=1×1017cm−3である。かなり高い値である。鉄密度(Fe)はF=1×1017cm−3である。やや鉄の取り込みが少ない。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性は極めて低い。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは23%であった。かなり大きい値であるが有用な基板である。反りはU=5.7mである。反りは小さい。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq was slightly low, it became type II. The donor density is D = 1 × 10 17 cm −3 . It is a fairly high value. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 17 cm −3 . Slightly less iron uptake. The specific resistance was 1 × 10 5 Ωcm. Insulation is very low. However, it can be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 23%. Although it is a considerably large value, it is a useful substrate. Warpage is U = 5.7 m. Warpage is small.

[試料29(実施例;II型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1050℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 29 (Example; Type II)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1050 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはII型である。成長温度Tqがやや低いのでII型になったのである。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。低い値である。鉄密度(Fe)はF=1×1019cm−3である。多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×1011Ωcmであった。絶縁性は極めて高い。半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは27%であった。かなり大きい値であるが有用な基板である。反りはU=5.4mである。反りは小さい。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq was slightly low, it became type II. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . It is a low value. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 19 cm −3 . A lot of iron is taken in. The specific resistance was 1 × 10 11 Ωcm. Insulation is extremely high. It can be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 27%. Although it is a considerably large value, it is a useful substrate. Warpage is U = 5.4 m. Warpage is small.

[試料30(実施例;II型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1050℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 30 (Example; Type II)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1050 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはII型である。成長温度Tqがやや低いのでII型になったのである。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。低い値である。鉄密度(Fe)はF=5×1019cm−3である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×1012Ωcmであった。絶縁性は極めて高い。クラック発生率Kは18%であった。これはかなり低い値である。反りはU=5.7mである。反りが小さい。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq was slightly low, it became type II. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . It is a low value. The iron density (Fe) is F = 5 × 10 19 cm −3 . An extremely large amount of iron is taken up. The specific resistance was 1 × 10 12 Ωcm. Insulation is extremely high. The crack occurrence rate K was 18%. This is a fairly low value. Warpage is U = 5.7 m. Small warpage.

[試料31(実施例;II型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1050℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 31 (Example; Type II)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1050 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはII型である。成長温度Tqがやや低いのでII型になったのである。ドナー密度はD=1×1019cm−3である。非常に高い値である。鉄密度(Fe)はF=7×1019cm−3である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性は極めて低い。クラック発生率Kは27%であった。これはかなり高い値であるがそれでも有用な基板である。反りはU=6.0mである。反りが小さい。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq was slightly low, it became type II. The donor density is D = 1 × 10 19 cm −3 . Very high value. The iron density (Fe) is F = 7 × 10 19 cm −3 . An extremely large amount of iron is taken up. The specific resistance was 1 × 10 5 Ωcm. Insulation is very low. The crack occurrence rate K was 27%. This is a fairly high value but still a useful substrate. Warpage is U = 6.0 m. Small warpage.

[試料32(実施例;II型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1050℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 32 (Example; Type II)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1050 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはII型である。成長温度Tqがやや低いのでII型になったのである。ドナー密度はD=1×1019cm−3である。極めて高い値である。鉄密度(Fe)はF=8×1019cm−3である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性は高くない。クラック発生率Kは29%であった。これはかなり高い値であるがそれでも有用な基板である。反りはU=5.6mである。反りが小さいということである。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq was slightly low, it became type II. The donor density is D = 1 × 10 19 cm −3 . Extremely high value. The iron density (Fe) is F = 8 × 10 19 cm −3 . An extremely large amount of iron is taken up. The specific resistance was 1 × 10 7 Ωcm. Insulation is not high. The crack occurrence rate K was 29%. This is a fairly high value but still a useful substrate. Warpage is U = 5.6 m. The warpage is small.

[試料33(実施例;II型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1050℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 33 (Example; Type II)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1050 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはII型である。成長温度Tqがやや低いのでII型になったのである。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。低いドナー密度である。鉄密度(Fe)はF=7×1019cm−3である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は3×1012Ωcmであった。絶縁性は極めて高い。クラック発生率Kは27%であった。これはかなり高い値であるがそれでも有用な基板である。反りはU=5.5mである。反りが小さいということである。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq was slightly low, it became type II. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Low donor density. The iron density (Fe) is F = 7 × 10 19 cm −3 . An extremely large amount of iron is taken up. The specific resistance was 3 × 10 12 Ωcm. Insulation is extremely high. The crack occurrence rate K was 27%. This is a fairly high value but still a useful substrate. Warpage is U = 5.5 m. The warpage is small.

[試料34(実施例;II型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1050℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 34 (Example; Type II)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1050 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはII型である。成長温度Tqがやや低いのでII型になったのである。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。低い値である。II型であるから酸素が大量にドープされる。鉄密度(Fe)はF=8×1019cm−3である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は5×1012Ωcmであった。絶縁性は極めて高い。クラック発生率Kは28%であった。これはかなり高い値であるがそれでも有用な基板である。反りはU=5.0mである。反りが小さいということである。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq was slightly low, it became type II. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . It is a low value. A large amount of oxygen is doped because it is type II. The iron density (Fe) is F = 8 × 10 19 cm −3 . An extremely large amount of iron is taken up. The specific resistance was 5 × 10 12 Ωcm. Insulation is extremely high. The crack occurrence rate K was 28%. This is a fairly high value but still a useful substrate. Warpage is U = 5.0 m. The warpage is small.

[試料35(実施例;II型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1050℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=2kPa(0.02atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。
[Sample 35 (Example; Type II)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1050 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 2 kPa (0.02 atm) until the thickness reached 400 μm or more.

GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。5/3族比bはb=5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはII型である。成長温度Tqがやや低いのでII型になったのである。ドナー密度はD=1×1019cm−3である。II型であるから酸素が大量にドープされる。鉄密度(Fe)はF=7×1019cm−3である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性は極めて低い。クラック発生率Kは29%であった。これはかなり高い値であるがそれでも有用な基板である。反りはU=5.0mである。反りが小さいということである。 The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The 5/3 group ratio b is b = 5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq was slightly low, it became type II. The donor density is D = 1 × 10 19 cm −3 . A large amount of oxygen is doped because it is type II. The iron density (Fe) is F = 7 × 10 19 cm −3 . An extremely large amount of iron is taken up. The specific resistance was 1 × 10 5 Ωcm. Insulation is very low. The crack occurrence rate K was 29%. This is a fairly high value but still a useful substrate. Warpage is U = 5.0 m. The warpage is small.

[試料36(実施例;II型)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=500μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1050℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=1kPa(0.01atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。
[Sample 36 (Example; Type II)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1050 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 1 kPa (0.01 atm) until the thickness reached 400 μm or more.

GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。5/3族比bはb=10である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはII型である。成長温度Tqがやや低いのでII型になったのである。ドナー密度はD=1×1019cm−3である。極めて高い値である。II型であるから酸素が大量にドープされる。鉄量(Fe)はF=8×1019cm−3である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性は高くない。クラック発生率Kは28%であった。これはかなり高い値であるがそれでも有用な基板である。反りはU=5.0mである。反りが小さいということである。 The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The 5/3 group ratio b is b = 10. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq was slightly low, it became type II. The donor density is D = 1 × 10 19 cm −3 . Extremely high value. A large amount of oxygen is doped because it is type II. The amount of iron (Fe) is F = 8 × 10 19 cm −3 . An extremely large amount of iron is taken up. The specific resistance was 1 × 10 7 Ωcm. Insulation is not high. The crack occurrence rate K was 28%. This is a fairly high value but still a useful substrate. Warpage is U = 5.0 m. The warpage is small.

[試料37(比較例;マスク無し)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、マスクを形成しない。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1050℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。マスクがないのでコアが存在しない。基板の上に一様に平坦なC面の結晶が成長する。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 37 (comparative example; no mask)]
No mask is formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1050 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. Since there is no mask, there is no core. A uniformly flat C-plane crystal grows on the substrate. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。表面に露呈した結晶面はC面である。C面が平坦面となっている。マスクがないのでC面成長となっている。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。C面成長なので酸素(ドナー)が結晶内部へ入り難くドナー密度が極めて低い。酸素が殆どドープされない。鉄量(Fe)はF=1×1017cm−3である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性は高くない。クラック発生率Kは77%であった。きわめて高い値である。反りはU=1.4mである。甚だ反りが大きいということである。マスクを下地基板に作ることなくGaNを成長させたからである。デバイスをその上に形成する基板としては不適である。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal plane exposed on the surface is the C plane. The C surface is a flat surface. Since there is no mask, it is C-plane growth. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Since it is C-plane growth, oxygen (donor) hardly enters the crystal and the donor density is extremely low. Oxygen is hardly doped. The amount of iron (Fe) is F = 1 × 10 17 cm −3 . Considerable iron is taken in. The specific resistance was 1 × 10 7 Ωcm. Insulation is not high. Crack generation rate K was 77%. Very high value. The warpage is U = 1.4 m. That is, the warpage is large. This is because GaN was grown without making a mask on the underlying substrate. It is not suitable as a substrate on which a device is formed.

[試料38(比較例;マスク無し)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、マスクを形成しない。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1050℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。マスクがないのでコアが存在しない。基板の上に一様に平坦なC面の結晶が成長する。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 38 (comparative example; no mask)]
No mask is formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1050 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. Since there is no mask, there is no core. A uniformly flat C-plane crystal grows on the substrate. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。表面に露呈した結晶面はC面である。C面が平坦面となっている。マスクがないのでC面成長となっている。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。C面成長なので酸素(ドナー)が結晶内部へ入り難くドナー密度が極めて低い。酸素が殆どドープされない。鉄量(Fe)はF=1×1016cm−3である。鉄の取り込み量は非常に少ない。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性はやや低い。クラック発生率Kは75%であった。極めて高い値である。反りはU=1.6mである。甚だ反りが大きいということである。マスクを下地基板に作ることなくGaNを成長させたからである。デバイスをその上に形成する基板としては不適である。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal plane exposed on the surface is the C plane. The C surface is a flat surface. Since there is no mask, it is C-plane growth. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Since it is C-plane growth, oxygen (donor) hardly enters the crystal and the donor density is extremely low. Oxygen is hardly doped. The amount of iron (Fe) is F = 1 × 10 16 cm −3 . Iron uptake is very low. The specific resistance was 1 × 10 6 Ωcm. Insulation is slightly low. The crack occurrence rate K was 75%. Extremely high value. The warpage is U = 1.6 m. That is, the warpage is large. This is because GaN was grown without making a mask on the underlying substrate. It is not suitable as a substrate on which a device is formed.

[試料39(比較例;マスク無し)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、マスクを形成しない。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1030℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。マスクがないのでコアが存在しない。基板の上に一様に平坦なC面の結晶が成長する。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 39 (comparative example; no mask)]
No mask is formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. The epitaxial growth temperature was epitaxial growth until Tq = 1030 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) thickness was 400 μm or more. Since there is no mask, there is no core. A uniformly flat C-plane crystal grows on the substrate. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。表面に露呈した結晶面はC面である。C面が平坦面となっている。マスクがないのでC面成長となっている。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。C面成長なので酸素(ドナー)が結晶内部へ入り難くドナー密度が極めて低い。酸素が殆どドープされない。鉄量(Fe)はF=1×1019cm−3である。鉄がかなり高濃度に取り込まれている。比抵抗は1×1011Ωcmであった。絶縁性は高い。クラック発生率Kは88%であった。極めて高い値である。反りはU=1.9mである。甚だ反りが大きいということである。デバイスをその上に形成する基板としては不適である。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal plane exposed on the surface is the C plane. The C surface is a flat surface. Since there is no mask, it is C-plane growth. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Since it is C-plane growth, oxygen (donor) hardly enters the crystal and the donor density is extremely low. Oxygen is hardly doped. The amount of iron (Fe) is F = 1 × 10 19 cm −3 . Iron is incorporated in a fairly high concentration. The specific resistance was 1 × 10 11 Ωcm. Insulation is high. The crack occurrence rate K was 88%. Extremely high value. Warpage is U = 1.9 m. That is, the warpage is large. It is not suitable as a substrate on which a device is formed.

[試料40(比較例;マスク無し)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、マスクを形成しない。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1030℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。マスクがないのでコアが存在しない。基板の上に一様に平坦なC面の結晶が成長する。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 40 (comparative example; no mask)]
No mask is formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1030 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. Since there is no mask, there is no core. A uniformly flat C-plane crystal grows on the substrate. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。表面に露呈した結晶面はC面である。C面が平坦面となっている。マスクがないのでC面成長となっている。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。C面成長なので酸素(ドナー)が結晶内部へ入り難くドナー密度が極めて低い。酸素が殆どドープされない。鉄量(Fe)はF=5×1019cm−3である。鉄が高濃度に取り込まれている。比抵抗は1×1012
cmであった。絶縁性は高い。クラック発生率Kは97%であった。極めて高い値である。反りはU=1.8mである。甚だ反りが大きいということである。デバイスをその上に形成する基板としては不適である。
The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal plane exposed on the surface is the C plane. The C surface is a flat surface. Since there is no mask, it is C-plane growth. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Since it is C-plane growth, oxygen (donor) hardly enters the crystal and the donor density is extremely low. Oxygen is hardly doped. The amount of iron (Fe) is F = 5 × 10 19 cm −3 . High concentration of iron. Specific resistance is 1 × 10 12
cm. Insulation is high. The crack occurrence rate K was 97%. Extremely high value. The warpage is U = 1.8 m. That is, the warpage is large. It is not suitable as a substrate on which a device is formed.

[試料41(比較例;マスク無し)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、マスクを形成しない。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1010℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。マスクがないのでコアが存在しない。基板の上に一様に平坦なC面の結晶が成長する。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 41 (comparative example; no mask)]
No mask is formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. The epitaxial growth temperature was Tq = 1010 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. Since there is no mask, there is no core. A uniformly flat C-plane crystal grows on the substrate. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。表面に露呈した結晶面はC面である。C面が平坦面となっている。マスクがないのでC面成長となっている。ドナー密度はD=1×1017cm−3である。C面成長ではあるが、かなり高いドナー密度を有する。鉄量(Fe)はF=1×1017cm−3である。鉄がかなり取り込まれている。比抵抗は1×10
cmであった。絶縁性は非常に低い。クラック発生率Kは68%であった。高い値である。反りはU=1.4mである。甚だ反りが大きいということである。デバイスをその上に形成する基板としては不適である。
The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal plane exposed on the surface is the C plane. The C surface is a flat surface. Since there is no mask, it is C-plane growth. The donor density is D = 1 × 10 17 cm −3 . Although it is C-plane growth, it has a fairly high donor density. The amount of iron (Fe) is F = 1 × 10 17 cm −3 . A lot of iron is taken in. Specific resistance is 1 × 10 5
cm. Insulation is very low. The crack occurrence rate K was 68%. High value. The warpage is U = 1.4 m. That is, the warpage is large. It is not suitable as a substrate on which a device is formed.

[試料42(比較例;マスク無し)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、マスクを形成しない。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1010℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。マスクがないのでコアが存在しない。基板の上に一様に平坦なC面の結晶が成長する。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 42 (comparative example; no mask)]
No mask is formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. The epitaxial growth temperature was Tq = 1010 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. Since there is no mask, there is no core. A uniformly flat C-plane crystal grows on the substrate. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。表面に露呈した結晶面はC面である。C面が平坦面となっている。マスクがないのでC面成長となっている。ドナー密度はD=1×1017cm−3である。C面成長ではあるが、かなり高いドナー密度を有する。鉄量(Fe)はF=1×1019cm−3である。鉄が高濃度に取り込まれている。比抵抗は1×10cmであった。絶縁性は高くない。クラック発生率Kは90%であった。極めて高い値である。反りはU=1.4mである。甚だ反りが大きいということである。デバイスをその上に形成する基板としては不適である。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal plane exposed on the surface is the C plane. The C surface is a flat surface. Since there is no mask, it is C-plane growth. The donor density is D = 1 × 10 17 cm −3 . Although it is C-plane growth, it has a fairly high donor density. The amount of iron (Fe) is F = 1 × 10 19 cm −3 . High concentration of iron. The specific resistance was 1 × 10 7 cm. Insulation is not high. The crack occurrence rate K was 90%. Extremely high value. The warpage is U = 1.4 m. That is, the warpage is large. It is not suitable as a substrate on which a device is formed.

[試料43(比較例;マスク無し)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、マスクを形成しない。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1050℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。マスクがないのでコアが存在しない。基板の上に一様に平坦なC面の結晶が成長する。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 43 (comparative example; no mask)]
No mask is formed on a 2 inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1050 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. Since there is no mask, there is no core. A uniformly flat C-plane crystal grows on the substrate. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。表面に露呈した結晶面はC面である。C面が平坦面となっている。マスクがないのでC面成長となっている。ドナー密度はD=1×1017cm−3である。C面成長ではあるが、かなり高いドナー密度を有する。鉄量(Fe)はF=5×1019cm−3である。鉄が高濃度に取り込まれている。比抵抗は1×10cmであった。絶縁性はやや高い。クラック発生率Kは95%であった。極めて高い値である。反りはU=1.6mである。甚だ反りが大きいということである。マスクを形成しなかったからである。デバイスをその上に形成する基板としては不適である。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal plane exposed on the surface is the C plane. The C surface is a flat surface. Since there is no mask, it is C-plane growth. The donor density is D = 1 × 10 17 cm −3 . Although it is C-plane growth, it has a fairly high donor density. The amount of iron (Fe) is F = 5 × 10 19 cm −3 . High concentration of iron. The specific resistance was 1 × 10 8 cm. Insulation is slightly high. The crack occurrence rate K was 95%. Extremely high value. The warpage is U = 1.6 m. That is, the warpage is large. This is because no mask was formed. It is not suitable as a substrate on which a device is formed.

[試料44(実施例;I型 ドットタイプ)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ドットコア間隔wがw=500μm、マスク径がs=50μmのドットマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1100℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。
[Sample 44 (Example; Type I, dot type)]
A dot mask having a dot core interval w of w = 500 μm and a mask diameter of s = 50 μm was formed on a 2-inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1100 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more.

GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはI型である。成長温度Tqが高いのでI型になったのである。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=1×1017cm−3である。鉄の取り込み量は多くない。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性がやや低いのは鉄密度が低いからである。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは20%であった。クラック発生率は極めて低い。反りはU=3.2mである。 The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Very low donor density values. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 17 cm −3 . There is not much iron uptake. The specific resistance was 1 × 10 7 Ωcm. The reason why the insulation is slightly low is because the iron density is low. However, it can still be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 20%. The crack generation rate is extremely low. The warpage is U = 3.2 m.

[試料45(実施例;II型 ドットタイプ)]
2インチ(50mm直径)GaAs基板の上に、ドットコア間隔wがw=500μm、マスク径がs=50μmのドットマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はTq=1050℃、NH分圧PNH3=10kPa(0.1atm)、GaCl分圧PGaCl=4kPa(0.04atm)で厚みが400μm以上になるまでエピタキシャル成長させた。GaAs基板を除去して400μm厚みのGaNの単独自立基板とした。
[Sample 45 (Example; type II, dot type)]
A dot mask having a dot core interval w of w = 500 μm and a mask diameter of s = 50 μm was formed on a 2-inch (50 mm diameter) GaAs substrate. After forming the buffer layer, epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed at an epitaxial growth temperature of Tq = 1050 ° C., NH 3 partial pressure P NH3 = 10 kPa (0.1 atm), and GaCl partial pressure P GaCl = 4 kPa (0.04 atm) until the thickness reached 400 μm or more. The GaAs substrate was removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm.

5/3族比bはb=2.5である。コアの結晶種類は反転層Jである。結晶面タイプはII型である。成長温度Tqがやや低いのでII型になったのである。ドナー密度はD=1×1015cm−3である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度(Fe)はF=1×1017cm−3である。鉄の取り込み量は多くない。比抵抗は1×10Ωcmであった。絶縁性はあまり高くない。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Kは18%であった。クラック発生の少ない良い半絶縁性基板である。反りはU=4.0mである。反りは小さい。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The crystal type of the core is the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq was slightly low, it became type II. The donor density is D = 1 × 10 15 cm −3 . Very low donor density values. The iron density (Fe) is F = 1 × 10 17 cm −3 . There is not much iron uptake. The specific resistance was 1 × 10 7 Ωcm. Insulation is not very high. However, it can still be used as a semi-insulating substrate. The crack occurrence rate K was 18%. Good semi-insulating substrate with little cracking. Warpage is U = 4.0 m. Warpage is small.

[実施例B:半絶縁性基板を用いたデバイスの実施例]
[ストライプ型半絶縁性基板を用いたデバイスの作製]
[デバイス試料46(実施例;I型)]
試料3で作製した結晶タイプI型の3インチ半絶縁基板(ストライプコア
間隔500μm、マスク幅50μm)比抵抗1×10Ωcmの基板上に有機金属気相成長法(OMVPE法)により、HEMT(高電子移動度トランジスタ)構造のエピタキシャルウエハーを作製した(図28)。OMVPE装置のリアクタにGaN基板を置き、水素、窒素、アンモニアを含むガスをリアクタ内に供給して、GaN基板の温度を1100℃において20分間熱処理を行なった。次に、GaN基板の温度を1130℃に昇温させ、アンモニア、トリメチルガリウム(TMG)をリアクタに供給して、厚さ1.5μmのGaNエピ層をGaN基板上に成長させた。トリメチルアルミニウム(TMA)、TMG、アンモニアをリアクタに供給して、厚さ30nm、Al組成20%のAlGaN膜を前記GaNエピ層上に成長させた。これらの工程によりエピタキシャル基板(図28)を作製した。
[Example B: Example of device using semi-insulating substrate]
[Production of devices using striped semi-insulating substrate]
[Device Sample 46 (Example; Type I)]
Crystal type I type 3 inch semi-insulating substrate prepared in Sample 3 (stripe core spacing 500 μm, mask width 50 μm) on a substrate having a specific resistance of 1 × 10 7 Ωcm by metal organic vapor phase epitaxy (OMVPE). An epitaxial wafer having a high electron mobility transistor structure was fabricated (FIG. 28). A GaN substrate was placed in the reactor of the OMVPE apparatus, a gas containing hydrogen, nitrogen, and ammonia was supplied into the reactor, and heat treatment was performed at a temperature of 1100 ° C. for 20 minutes. Next, the temperature of the GaN substrate was raised to 1130 ° C., ammonia and trimethylgallium (TMG) were supplied to the reactor, and a GaN epilayer having a thickness of 1.5 μm was grown on the GaN substrate. Trimethylaluminum (TMA), TMG, and ammonia were supplied to the reactor, and an AlGaN film having a thickness of 30 nm and an Al composition of 20% was grown on the GaN epilayer. An epitaxial substrate (FIG. 28) was produced by these steps.

次に、以下の工程により、HEMTデバイス(図29)を作製した。エピタキシャル基板(図28)の表面にフォトリソグラフィ、EB蒸着、リフトオフによりソース電極、及びドレイン電極を作製した。電極は、Ti/Al/Ti/Au(20/100/20/300nm)を用いた。リフトオフ後600℃、1分間の合金化熱処理を行なった。 Next, a HEMT device (FIG. 29) was produced by the following steps. A source electrode and a drain electrode were formed on the surface of the epitaxial substrate (FIG. 28) by photolithography, EB vapor deposition, and lift-off. Ti / Al / Ti / Au (20/100/20/300 nm) was used for the electrode. After lift-off, an alloying heat treatment was performed at 600 ° C. for 1 minute.

次に、同様な工程によりゲート電極を作製した。ゲートはストライプコア(欠陥集合領域)に平行な方向に配置し、ストライプコア上に形成しないように作製した。ゲート電極として、Ni/Au(50/500nm)を用いた。ゲート長は2μmであった。(これをデバイス試料46とする。) Next, a gate electrode was produced by the same process. The gate was arranged in a direction parallel to the stripe core (defect gathering region) so as not to be formed on the stripe core. Ni / Au (50/500 nm) was used as the gate electrode. The gate length was 2 μm. (This is referred to as a device sample 46.)

[デバイス試料47(比較例)]
比較試料47として、Feドープ半絶縁性ランダムコア基板上に、同様に、HEMT構造エピ成長を行い、HEMTを作製した。ランダムコアというのは結晶欠陥集合領域Hがランダムに分布している結晶ということである。下地基板の上にマスクを付けないでファセット成長させるとファセットピットがランダムに発生しそれが結晶欠陥集合領域Hとなるので、結晶欠陥集合領域H(コア)がランダムに分布するのである。
[Device sample 47 (comparative example)]
As a comparative sample 47, HEMT structure epi-growth was similarly performed on an Fe-doped semi-insulating random core substrate to produce a HEMT. The random core is a crystal in which the crystal defect gathering regions H are randomly distributed. When facet growth is performed without attaching a mask on the base substrate, facet pits are randomly generated and become crystal defect gathering regions H, so that the crystal defect gathering regions H (cores) are randomly distributed.

[デバイス試料48(比較例)]
また、比較試料48としてサファイヤ基板上に、同様にして、HEMT構造エピ成長を行なった。エピ成長工程では、サファイヤ基板を1170℃、10分間熱処理を行い、次に種付け層を成長させ、その後、GaN基板の場合と同様にGaNエピ層、AlGaNエピ層を成長させ、エピタキシャル基板とした(図30)。次に同様の工程でHEMT作製を行なった(図31)。
[Device Sample 48 (Comparative Example)]
Further, HEMT structure epi-growth was similarly performed on a sapphire substrate as a comparative sample 48. In the epi-growth step, the sapphire substrate is heat treated at 1170 ° C. for 10 minutes, and then a seeding layer is grown. FIG. 30). Next, HEMT fabrication was performed in the same process (FIG. 31).

デバイス試料46、47、48のゲートリーク電流を比較した。ゲート電圧5Vにおいて、試料46ではゲート電流密度1×10A/cmと小さい値が得られたが、試料47では1×10A/cm、試料48では1×10A/cmと試料46に比べ、ゲートリーク電流が大きく増加した。ゲートリーク電流が小さい方が、トランジスタのピンチオフが良好であるので、高性能なトランジスタが実現できる。 The gate leakage currents of the device samples 46, 47, and 48 were compared. At a gate voltage of 5 V, a small value of 1 × 10 6 A / cm 2 was obtained for the sample 46, but 1 × 10 3 A / cm 2 for the sample 47 and 1 × 10 2 A / cm for the sample 48. 2 and the sample 46, the gate leakage current increased greatly. The smaller the gate leakage current, the better the pinch-off of the transistor, so that a high-performance transistor can be realized.

デバイス試料47でゲートリーク電流が増加した原因は、ゲート電極下にランダムコアが存在しており、転位起因のリーク電流が増加したためと考えられる。 The reason why the gate leakage current increased in the device sample 47 is thought to be that a random core was present under the gate electrode and the leakage current due to dislocation increased.

デバイス試料48でゲートリーク電流が増加した原因は、基板がサファイヤであるためにエピ層中の転位密度が大きくなり(〜1×10/cm)、転位起因のリーク電流が大きくなったためと考えられる。
以上より、本発明により、ゲートリーク電流が小さい高性能なHEMT及びHEMTエピタキシャル基板を実現できる。
The reason why the gate leakage current increased in the device sample 48 was that the dislocation density in the epi layer increased (˜1 × 10 9 / cm 2 ) due to the sapphire substrate, and the leakage current due to the dislocation increased. Conceivable.
As described above, according to the present invention, a high-performance HEMT and HEMT epitaxial substrate with a small gate leakage current can be realized.

[実施例C:ドットタイプ半絶縁性基板を用いたデバイスの実施例]
[ドット型半絶縁性基板を用いたデバイスの作製]
[デバイス試料49(実施例;I型 ドットタイプ)]
試料44で作製した結晶タイプI型の2インチ半絶縁基板(ドットコア間隔500μm、マスク径50μm)比抵抗1×10Ωcmの基板上に有機金属気相成長法(OMVPE法)により、HEMT(高電子移動度トランジスタ)構造のエピタキシャルウエハーを作製した(図28)。OMVPE装置のリアクタにGaN基板を置き、水素、窒素、アンモニアを含むガスをリアクタ内に供給して、GaN基板の温度を1100℃において20分間熱処理を行なった。次に、GaN基板の温度を1130℃に昇温させ、アンモニア、トリメチルガリウム(TMG)をリアクタに供給して、厚さ1.5μmのGaNエピ層をGaN基板上に成長させた。トリメチルアルミニウム(TMA)、TMG、アンモニアをリアクタに供給して、厚さ30nm、Al組成20%のAlGaN膜を前記GaNエピ層上に成長させた。これらの工程によりエピタキシャル基板(図28)を作製した。
[Example C: Example of device using dot type semi-insulating substrate]
[Production of devices using dot-type semi-insulating substrate]
[Device sample 49 (Example; I type, dot type)]
A crystal type I type 2 inch semi-insulating substrate (dot core spacing: 500 μm, mask diameter: 50 μm) fabricated on Sample 44 is formed on a substrate having a specific resistance of 1 × 10 7 Ωcm by metal organic vapor phase epitaxy (OMVPE). An epitaxial wafer having a high electron mobility transistor structure was fabricated (FIG. 28). A GaN substrate was placed in the reactor of the OMVPE apparatus, a gas containing hydrogen, nitrogen, and ammonia was supplied into the reactor, and heat treatment was performed at a temperature of 1100 ° C. for 20 minutes. Next, the temperature of the GaN substrate was raised to 1130 ° C., ammonia and trimethylgallium (TMG) were supplied to the reactor, and a GaN epilayer having a thickness of 1.5 μm was grown on the GaN substrate. Trimethylaluminum (TMA), TMG, and ammonia were supplied to the reactor, and an AlGaN film having a thickness of 30 nm and an Al composition of 20% was grown on the GaN epilayer. An epitaxial substrate (FIG. 28) was produced by these steps.

次に、以下の工程により、HEMTデバイス(図29)を作製した。エピタキシャル基板(図28)の表面にフォトリソグラフィ、EB蒸着、リフトオフによりソース電極、及びドレイン電極を作製した。電極は、Ti/Al/Ti/Au(20/100/20/300nm)を用いた。リフトオフ後600℃、1分間の合金化熱処理を行なった。 Next, a HEMT device (FIG. 29) was produced by the following steps. A source electrode and a drain electrode were formed on the surface of the epitaxial substrate (FIG. 28) by photolithography, EB vapor deposition, and lift-off. Ti / Al / Ti / Au (20/100/20/300 nm) was used for the electrode. After lift-off, an alloying heat treatment was performed at 600 ° C. for 1 minute.

次に、同様な工程によりゲート電極を作製した。ゲート電極はドットコア領域(欠陥集合領域)上に形成しないように作製した。ゲート電極として、Ni/Au(50/500nm)を用いた。ゲート長は2μmであった。(これをデバイス試料49とする。) Next, a gate electrode was produced by the same process. The gate electrode was prepared so as not to be formed on the dot core region (defect assembly region). Ni / Au (50/500 nm) was used as the gate electrode. The gate length was 2 μm. (This is referred to as a device sample 49.)

[デバイス試料50(比較例)]
比較試料50として、Feドープ半絶縁性ランダムコア基板上に、同様に、HEMT構造エピ成長を行い、HEMTを作製した。
[Device sample 50 (comparative example)]
As a comparative sample 50, HEMT structure epi-growth was similarly performed on an Fe-doped semi-insulating random core substrate to produce a HEMT.

[デバイス試料51(比較例)]
また、比較試料51としてサファイヤ基板上に、同様にして、HEMT構造エピ成長を行なった。エピ成長工程では、サファイヤ基板を1170℃、10分間熱処理を行い、次に種付け層を成長させ、その後、GaN基板の場合と同様にGaNエピ層、AlGaNエピ層を成長させ、エピタキシャル基板とした(図30)。次に同様の工程でHEMT作製を行なった(図31)。
[Device Sample 51 (Comparative Example)]
Further, HEMT structure epi-growth was similarly performed on a sapphire substrate as a comparative sample 51. In the epi-growth step, the sapphire substrate is heat treated at 1170 ° C. for 10 minutes, and then a seeding layer is grown. FIG. 30). Next, HEMT fabrication was performed in the same process (FIG. 31).

デバイス試料49、50、51のゲートリーク電流を比較した。ゲート電圧5Vにおいて、試料49ではゲート電流密度1×10A/cmと小さい値が得られたが、試料50では1×10A/cm、試料51では1×10A/cmと試料49に比べ、ゲートリーク電流が大きく増加した。ゲートリーク電流が小さい方が、トランジスタのピンチオフが良好であるので、高性能なトランジスタが実現できる。 The gate leakage currents of the device samples 49, 50, and 51 were compared. At a gate voltage of 5 V, a small value of 1 × 10 6 A / cm 2 was obtained for sample 49, but 1 × 10 3 A / cm 2 for sample 50 and 1 × 10 2 A / cm for sample 51. Compared with 2 and sample 49, the gate leakage current increased greatly. The smaller the gate leakage current, the better the pinch-off of the transistor, so that a high-performance transistor can be realized.

デバイス試料50でゲートリーク電流が増加した原因は、ゲート電極下にランダムコアが存在しており、転位起因のリーク電流が増加したためと考えられる。 The reason why the gate leakage current increased in the device sample 50 is thought to be that a random core exists under the gate electrode and the leakage current due to dislocation increased.

デバイス試料51でゲートリーク電流が増加した原因は、基板がサファイヤであるためにエピ層中の転位密度が大きくなり(〜1×10/cm)、転位起因のリーク電流が大きくなったためと考えられる。
以上より、本発明により、ゲートリーク電流が小さい高性能なHEMT及びHEMTエピタキシャル基板を実現できる。
The reason why the gate leakage current increased in the device sample 51 was that the dislocation density in the epi layer increased (˜1 × 10 9 / cm 2 ) because the substrate was sapphire, and the leakage current due to the dislocation increased. Conceivable.
As described above, according to the present invention, a high-performance HEMT and HEMT epitaxial substrate with a small gate leakage current can be realized.

以上の試料1〜36、44、45の実施例について、図22に温度、5/3族比bの値を白丸(II型)と白三角(I型)で示している。何れも、破線で囲まれた範囲(1040℃〜1150℃、5/3族比b=1〜10)にある。比較例37〜43は、温度と5/3族比bに関し、破線枠の内部に含まれるものも含まれないものもある。破線枠内部にあってもこれら比較例はクラックや反りの点で不適である。それはマスクを付けていないからである。比較例はマスクの効果を調べるためのものである。   For the above Examples 1 to 36, 44, and 45, the values of the temperature and the 5/3 group ratio b are shown by white circles (II type) and white triangles (I type) in FIG. All are in the range surrounded by a broken line (1040 ° C. to 1150 ° C., 5/3 group ratio b = 1 to 10). In Comparative Examples 37 to 43, regarding the temperature and the 5/3 group ratio b, there are some that are included in the inside of the broken line frame and some that are not included. Even within the broken line frame, these comparative examples are not suitable in terms of cracks and warpage. This is because no mask is attached. The comparative example is for examining the effect of the mask.

図23は試料1〜45について、反りの曲率半径(m)を横軸に、クラック発生率(%)を縦軸にして、点によって反り、クラック発生率を示したものである。添え数字は試料の番号を表す。白丸はI型の試料1〜21、44を示す。白三角はII型の試料22〜36、45を表す。白四角は比較例の試料37〜43に対応する。   FIG. 23 shows the rate of warpage of samples 1 to 45, with the curvature radius (m) of warpage being the horizontal axis and the crack generation rate (%) being the vertical axis, and warping by the points. The subscript number represents the sample number. White circles indicate type I samples 1-21, 44. White triangles represent Type II samples 22-36, 45. White squares correspond to samples 37 to 43 of the comparative example.

比較例の試料37〜43は強い反り(曲率半径が1m〜2m)を持ち、クラック発生率が68〜97%であり半導体デバイス作製の基板として不適当である。これは下地基板にマスクがないからである。   The samples 37 to 43 of the comparative example have strong warpage (the radius of curvature is 1 m to 2 m) and the crack generation rate is 68 to 97%, which is inappropriate as a substrate for manufacturing a semiconductor device. This is because the base substrate has no mask.

I型とII型を比較すると反り(曲率半径)は5m〜6mの間にあってあまり変わらない。反りの曲率半径はI、II型の何れも3m以上である。3m〜7mの間に分布している。クラック発生率はいずれも30%以下である。クラック発生率がI型は4%〜27%の間にあり、大部分は10%〜20%の間に分布する。II型はクラック発生率が13%〜29%の間にあり、大部分は25%〜29%の間にある。クラックの点からI型の方がII型より優れている。I型、II型共に半絶縁性基板として利用できる。   Comparing type I and type II, the warp (curvature radius) is between 5 m and 6 m and does not change much. The curvature radius of warpage is 3 m or more for both I and II types. It is distributed between 3m and 7m. The crack occurrence rate is 30% or less. The crack occurrence rate is between 4% and 27% for type I, and most is distributed between 10% and 20%. Type II has a crack generation rate between 13% and 29%, and most is between 25% and 29%. From the viewpoint of cracks, the I type is superior to the II type. Both type I and type II can be used as semi-insulating substrates.

図27に試料1〜45のドナー密度(cm−3)と鉄(Fe)密度(cm−3)の分布をグラフにして示す。横軸がドナー(酸素)の密度、縦軸が鉄密度である。白丸がI型、白三角がII型、白四角が比較例を示す。添え字は試料の番号を表す。II型(白三角)がドナー密度が高いということが分かる。I型でドナー密度の高いものもあるが(試料19、20、21)大多数のI型はドナー密度が低い。 FIG. 27 is a graph showing the distribution of donor density (cm −3 ) and iron (Fe) density (cm −3 ) of Samples 1 to 45. The horizontal axis represents the donor (oxygen) density, and the vertical axis represents the iron density. White circles are type I, white triangles are type II, and white squares are comparative examples. The subscript represents the sample number. It can be seen that type II (white triangle) has a high donor density. Some of them are type I and have a high donor density (samples 19, 20, and 21). Most of type I have a low donor density.

II型では鉄ドープ量とドナー量が大体比例して増大するが、I型ではドナーが少なくても鉄量が多いというようにできる。この点でもI型がより優れている。   In type II, the amount of iron doped and the amount of donor increase roughly proportionally, but in type I, the amount of iron can be increased even if the amount of donor is small. In this respect, the I type is more excellent.

さらに、I、II型の1〜36の試料と比較例37〜43の試料の転位密度をリン酸、硫酸のエッチング溶液200℃でエッチングすることで測定した。測定は微分干渉式光学顕微鏡の対物100倍を用いて、100×100μmの領域でエッチピットの数を数えることで行った。その結果、比較例37〜43の試料の転位密度(エッチピット密度)は何れも2×10〜10/cmであるのに対して、1〜36の試料は何れも5×10/cm以下であり、特に結晶の反りの曲率半径が4mを超えるものは2×10/cm以下、5mを越えるものは10/cm台以下、結晶面のタイプがIIであるものはIに比べて約半分であった。しかしながら、試料21は結晶面タイプがIであるにも拘らず、成長初期でファセット面成長しているため、曲率半径がほぼ同等の試料2、11、12、20と比較して約半分、タイプIIで曲率半径が同等の試料25と転位密度は同じであった。
また、試料1〜36の作製に用いたGaAs基板の替わりに、サファイヤ基板、SiC基板を用いても試料1〜36と同等の結晶面、Fe密度、ドナー密度、比抵抗、クラック発生率、反りの曲率半径を有する基板が得られた。
また、試料1〜36のGaN基板を下地基板にして試料1〜36と同様の条件で成長させた結果、試料1〜36と同等の結晶面、Fe密度、ドナー密度、比抵抗、クラック発生率、反りの曲率半径を有する基板が得られた。
Furthermore, the dislocation density of the samples I-II type 1-36 and the samples of Comparative Examples 37-43 were measured by etching at 200 ° C. with an etching solution of phosphoric acid and sulfuric acid. The measurement was performed by counting the number of etch pits in a region of 100 × 100 μm using a 100 × objective of a differential interference optical microscope. As a result, the dislocation density (etch pit density) of the samples of Comparative Examples 37 to 43 is all 2 × 10 7 to 10 8 / cm 2 , while all of the samples 1 to 36 are 5 × 10 6. / Cm 2 or less, especially those whose curvature radius of crystal exceeds 4 m is 2 × 10 6 / cm 2 or less, those that exceed 5 m are 10 5 / cm 2 or less, and the type of crystal plane is II The thing was about half compared with I. However, although the sample 21 is facet-grown at the initial stage of growth despite the crystal plane type being I, the sample 21 is approximately half the type compared to the samples 2, 11, 12, and 20 having substantially the same radius of curvature. The dislocation density was the same as that of Sample 25 having the same curvature radius in II.
Further, even if a sapphire substrate or a SiC substrate is used instead of the GaAs substrate used for the preparation of samples 1 to 36, the crystal plane, Fe density, donor density, specific resistance, crack generation rate, warpage equivalent to those of samples 1 to 36 are used. A substrate having a radius of curvature of
In addition, as a result of growing the GaN substrate of Samples 1 to 36 under the same conditions as Samples 1 to 36, the same crystal plane, Fe density, donor density, specific resistance, crack generation rate as Samples 1 to 36 were obtained. A substrate having a curvature radius of warpage was obtained.

下地基板の上に形成され広い被覆部の中に多数の小さい窓(露呈部)が狭い繰り返しピッチで存在するマスクの平面図。The top view of the mask in which many small windows (exposed part) exist in a narrow repeated pitch in the wide coating | coated part formed on the base substrate.

下地基板の上にマスクを付けその上に窒化ガリウムを気相成長させる工程を説明するための工程図。Process drawing for demonstrating the process of vapor-phase-growing a gallium nitride on the mask on a base substrate.

結晶表面に、寸法の異なる多数のファセットピットがランダムに発生するランダムファセット成長法による結晶の一部斜視図。The partial perspective view of the crystal | crystallization by the random facet growth method in which many facet pits from which a dimension differs on the crystal | crystallization surface generate | occur | produce at random.

ファセットピットを成長の終了まで維持するファセット成長において、成長方向と転位方向が平行なのでファセットピットの内部で転位がファセット法線方向に伸びファセットの境界に到り、境界を伝って下降しピット底部に集結することを説明するためのピット斜視図。In facet growth that maintains facet pits until the end of growth, the growth direction and the dislocation direction are parallel, so the dislocations extend in the facet normal direction and reach the facet boundary, descend along the boundary and descend to the bottom of the pit. The pit perspective view for demonstrating gathering.

ファセットピットを成長の終了まで維持するファセット成長において、成長方向と転位方向が平行なのでファセットピットの内部で転位がファセット法線方向に伸びファセットの境界に到り、境界を伝って下降しピット底部に集結することを説明するためのピット平面図。In facet growth that maintains facet pits until the end of growth, the growth direction and the dislocation direction are parallel, so the dislocations extend in the facet normal direction and reach the facet boundary, descend along the boundary and descend to the bottom of the pit. The pit top view for demonstrating gathering.

ファセットピットを成長終了まで維持するファセット成長を行うため、下地基板の上に形成され、多数の点状の被覆部が広い間隔をおいて規則正しく縦横に存在するドット型マスクの一部の平面図。FIG. 2 is a plan view of a part of a dot-type mask formed on a base substrate for maintaining facet pits until the end of growth, in which a large number of dot-shaped covering portions are regularly and vertically arranged at wide intervals.

ドット型マスクを設けた下地基板の上にGaN結晶を気相成長させ被覆部Mの上に底があるファセットピットを作り出したドット型ファセット成長法によるGaN結晶の表面の斜視図。The perspective view of the surface of the GaN crystal by the dot type facet growth method which produced the facet pit which has a bottom on the coating | coated part M by carrying out vapor phase growth of the GaN crystal on the base substrate which provided the dot type mask.

ドット型マスクを設けた下地基板の上にGaN結晶を気相成長させ被覆部Mの上に底があるファセットピットを作り出したドット型ファセット成長法によるGaN結晶の平面図。The top view of the GaN crystal by the dot type facet growth method which produced the facet pit which has a bottom on the coating | coated part M by carrying out the vapor phase growth of the GaN crystal on the base substrate which provided the dot type mask.

ドット型マスクを設けた下地基板の上にGaN結晶を気相成長させ被覆部Mの上に底があるファセットピットを作り出しファセットピットが大きくなり、マスク上にも結晶欠陥集合領域Hが発生するまでの過程を示すファセット成長の工程毎の縦断面図。A vapor phase growth of a GaN crystal on a base substrate provided with a dot-type mask creates a facet pit with a bottom on the covering portion M, the facet pit becomes large, and a crystal defect gathering region H is generated on the mask. The longitudinal cross-sectional view for every process of the facet growth which shows the process of.

ファセットピットを成長終了まで維持するファセット成長を行うため、下地基板の上に形成され、平行線状の複数の被覆部が広い間隔をおいて規則正しく縦に存在するストライプ型マスクの一部の平面図。A plan view of a part of a striped mask formed on a base substrate and having a plurality of parallel line-shaped covering portions regularly and vertically with a wide interval in order to perform facet growth that maintains facet pits until the end of growth. .

ストライプ型マスクを設けた下地基板の上にGaN結晶を気相成長させ、被覆部Mの上に谷が、被覆部中間に平坦頂面が、頂面と谷の間に傾斜したファセットが存在する多数の山谷構造を作り出したストライプ型ファセット成長法によるGaN結晶の平面図。A GaN crystal is vapor-phase-grown on a base substrate provided with a stripe-type mask, and a valley is present on the covering portion M, a flat top surface is present in the middle of the covering portion, and a facet inclined between the top surface and the valley exists. The top view of the GaN crystal by the stripe type facet growth method which produced many mountain valley structures.

ストライプ型マスクを設けた下地基板の上にGaN結晶を気相成長させ、被覆部Mの上に谷が、被覆部中間に平坦頂面が、頂面と谷の間に傾斜したファセットが存在する多数の山谷構造を作り出したストライプ型ファセット成長法によるGaN結晶の斜視図。A GaN crystal is vapor-phase-grown on a base substrate provided with a stripe-type mask, and a valley is present on the covering portion M, a flat top surface is present in the middle of the covering portion, and a facet inclined between the top surface and the valley exists. The perspective view of the GaN crystal by the stripe type facet growth method which produced many mountain valley structures.

ストライプ型マスクを設けた下地基板の上にGaN結晶を気相成長させ、被覆部Mの上に谷が、被覆部中間に尖鋭稜線が、尖鋭稜線と谷の間に傾斜したファセットが存在する多数の山谷構造を作り出したストライプ型ファセット成長法によるGaN結晶の平面図。A GaN crystal is vapor-phase-grown on a base substrate provided with a stripe mask, a valley is formed on the covering portion M, a sharp ridge line is present in the middle of the covering portion, and many facets are inclined between the sharp ridge line and the valley. The top view of the GaN crystal by the stripe type facet growth method which produced the mountain-valley structure.

ストライプ型マスクを設けた下地基板の上にGaN結晶を気相成長させ、被覆部Mの上に谷が、被覆部中間に尖鋭稜線が、尖鋭稜線と谷の間に傾斜したファセットが存在する多数の山谷構造を作り出したストライプ型ファセット成長法によるGaN結晶の斜視図。A GaN crystal is vapor-phase-grown on a base substrate provided with a stripe mask, a valley is formed on the covering portion M, a sharp ridge line is present in the middle of the covering portion, and many facets are inclined between the sharp ridge line and the valley. The perspective view of the GaN crystal by the stripe-type facet growth method which created the mountain-valley structure.

下地基板の上にストライプ型マスクを形成し、その上にGaNを気相成長させると、先に露呈部で成長が進行するので露呈部にC面とファセットを持つ結晶が成長しマスクの上には低い結晶欠陥集合領域Hができ、マスク直上は谷、マスク中間は山となる平行山谷構造となる過程を示す工程断面図。When a stripe mask is formed on the base substrate and GaN is vapor-phase grown on the mask, the growth proceeds first in the exposed portion, so that a crystal having a C-face and a facet grows on the exposed portion, and is formed on the mask. FIG. 6 is a process cross-sectional view showing a process in which a low crystal defect gathering region H is formed, and a parallel mountain-valley structure is formed in which a valley is directly above the mask and a peak is in the middle of the mask.

ストライプ型マスクファセット法において、図15より後でさらに結晶成長が進んでいき山が高く谷が大きくなっていく過程を示す工程断面図。FIG. 16 is a process cross-sectional view showing a process in which the crystal growth further progresses after FIG. 15 and the mountain becomes higher and the valley becomes larger in the stripe mask facet method.

特許文献7(特許第3826825号)が提案したもので、酸素はC面から殆ど入らずファセットを通って結晶に大量に取り込まれるという選択性があるので、ファセットを作ってc軸方向に結晶成長させることによって高濃度に酸素をドープできるようにしたGaN結晶の断面図。Patent Document 7 (Patent No. 3826825) proposes that oxygen has little selectivity from the C-plane and is taken in a large amount through the facet, so that it grows in the c-axis direction by making facets. FIG. 3 is a cross-sectional view of a GaN crystal that can be doped with oxygen at a high concentration.

特許文献7(特許第3826825号)が提案したもので、酸素はC面から殆ど入らずファセットを通って結晶に大量に取り込まれるという選択性があるので、C面以外の表面を持つ結晶を作ってその上にGaNを結晶成長させることによって高濃度に酸素をドープできるようにしたGaN結晶の断面図。Patent Document 7 (Patent No. 3826825) proposes that oxygen has little selectivity from the C-plane and passes through facets and is taken in a large amount into the crystal, making crystals with surfaces other than the C-plane. FIG. 3 is a cross-sectional view of a GaN crystal in which oxygen can be doped at a high concentration by crystal growth of GaN thereon.

本発明の鉄ドープ窒化物半導体結晶を作り出すためのHVPE炉の断面図。1 is a cross-sectional view of an HVPE furnace for producing the iron-doped nitride semiconductor crystal of the present invention.

本発明の手法で作製した山谷構造を持つII型の窒化物半導体結晶の形状を示す断面図。Sectional drawing which shows the shape of the II type nitride semiconductor crystal with the mountain-valley structure produced by the method of this invention.

本発明の手法で作製した平坦表面を持つI型の窒化物半導体結晶の形状を示す断面図。Sectional drawing which shows the shape of the I-type nitride semiconductor crystal with the flat surface produced by the method of this invention.

従来技術を述べる特許文献1〜11の気相成長法と、本発明の気相成長法とにおいて、実施例毎に、成長温度と、5/3族比bを座標として示すグラフ。横軸は成長温度(℃)である。縦軸は5/3族比bを対数で表示するものである。The graph which shows the growth temperature and 5/3 group ratio b as a coordinate for every Example in the vapor phase growth method of patent documents 1-11 which describe a prior art, and the vapor phase growth method of this invention. The horizontal axis is the growth temperature (° C.). The vertical axis represents the 5/3 group ratio b in logarithm.

本発明の実施例及び比較例である試料1〜43の反りの曲率半径(m)とクラック発生率(%)を、反りとクラックを横縦座標とする空間に点で示したグラフ。横に振った数字は試料番号である。白丸はI型、白三角はII型、白四角は比較例である。比較例は公知ではない。The graph which showed the curvature radius (m) and crack generation rate (%) of the curvature of the samples 1-43 which are the Example of this invention, and a comparative example by the point in the space which uses curvature and a crack as an abscissa. The number shaken is the sample number. White circles are type I, white triangles are type II, and white squares are comparative examples. Comparative examples are not known.

本発明の手法で作製した平坦面一部にファセット面を持つIとIIの混合型の窒化物半導体結晶の形状を示す断面図。Sectional drawing which shows the shape of the mixed type nitride semiconductor crystal of I and II which has a facet part in the flat surface part produced with the method of this invention.

複数平行被覆部よりなるストライプマスクを下地基板に形成してその上に窒化物半導体を気相成長させる本発明の手法においてストライプマスクの幅s、間隔wの寸法を示す平面図。The top view which shows the dimension of width | variety s of a stripe mask and the space | interval w in the method of this invention which forms the stripe mask which consists of several parallel coating | coated parts in a base substrate, and vapor-phase-grows a nitride semiconductor on it.

縦横並列複数点状被覆部よりなるドットマスクを下地基板に形成してその上に窒化物半導体を気相成長させる本発明の手法においてドットマスクの直径s、間隔wの寸法を示す平面図。The top view which shows the dimension of the diameter s of a dot mask, and the dimension of the space | interval w in the method of this invention which forms the dot mask which consists of vertical and horizontal parallel several point-like covering part in a base substrate, and carries out vapor phase growth of the nitride semiconductor on it.

ドナー密度(cm−3)の対数と鉄密度(cm−3)の対数を横縦の座標とするグラフにおいて、本発明の明細書に記載したGaNの気相成長の試料1〜43を点で表したもの。数字は試料の番号である。白丸はI型、白三角はII型、白四角は比較例である。比較例は公知でない。In the graph using the logarithm of the donor density (cm −3 ) and the logarithm of the iron density (cm −3 ) as the horizontal and vertical coordinates, the samples 1 to 43 of vapor phase growth of GaN described in the specification of the present invention are indicated by dots. What you represent. The numbers are the sample numbers. White circles are type I, white triangles are type II, and white squares are comparative examples. Comparative examples are not known.

SI−GaN(半絶縁性GaN)基板の上にGaN薄膜を成長させたエピタキシャル基板の縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the epitaxial substrate which made the GaN thin film grow on the SI-GaN (semi-insulating GaN) substrate.

SI−GaN(半絶縁性GaN)基板の上にGaN薄膜を成長させたエピタキシャル基板の上に電極を付けて作成したHEMTの縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of HEMT created by attaching an electrode on the epitaxial substrate which grew the GaN thin film on the SI-GaN (semi-insulating GaN) substrate.

サファイヤ基板の上にGaN薄膜を成長させたエピタキシャル基板の縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the epitaxial substrate which made the GaN thin film grow on the sapphire substrate.

サファイヤ基板の上にGaN薄膜を成長させたエピタキシャル基板の上に電極を付けて作成したHEMTの縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of HEMT produced by attaching an electrode on the epitaxial substrate which grew the GaN thin film on the sapphire substrate.

符号の説明Explanation of symbols

U 下地基板
M マスク被覆部
E マスクによって覆われない露呈部
W マスクの窓
T 転位
G 結晶
F ファセット
C C面
P ファセットピット
V 成長方向
H 結晶欠陥集合領域 (閉鎖欠陥集合領域)
Z 低欠陥単結晶領域 (単結晶低転位随伴領域)
Y C面成長領域 (単結晶低転位余領域)
K 結晶粒界
s マスク被覆部の直径または幅
w マスク被覆部の間隔
p マスク被覆部の繰り返しピッチ
2 反応炉
3 ヒータ
4 Ga溜め
5 サセプタ
6 下地基板
7 第1原料ガス供給管
8 第2原料ガス供給管
9 ガス排出管
10第3原料ガス供給管
U Underlying substrate
M Mask cover
E Exposed part not covered by mask
W mask window
T dislocation
G crystal
F facet
C C side
P facet pit
V Growth direction
H Crystal defect assembly region (Closed defect assembly region)
Z Low defect single crystal region (Single crystal low dislocation associated region)
Y C-plane growth region (single crystal low dislocation residual region)
K grain boundary
s Diameter or width of mask cover
w Mask cover interval
p Repeat pitch of mask coating
2 Reactor
3 Heater
4 Ga reservoir
5 Susceptors
6 Substrate
7 First source gas supply pipe
8 Second source gas supply pipe
9 Gas exhaust pipe
10 Third source gas supply pipe

Claims (6)

下地基板の上に、幅或いは直径sが10μm〜100μmであるドット被覆部或いはストライプ被覆部を間隔wが250μm〜2000μmであるように並べたマスクを形成し、HVPE法によって成長温度が1040℃〜1150℃であって、5/3族比bが1〜10であるような3族、5族原料ガスと、鉄を含むガスとを供給することによって下地基板の上に窒化物半導体結晶を成長させ、下地基板を除去することによって、比抵抗が1×10Ωcm以上、厚みが100μm以上の自立した半絶縁性窒化物半導体基板を得るようにしたことを特徴とする半絶縁性窒化物半導体基板の製造方法。 On the base substrate, a mask in which dot coating portions or stripe coating portions having a width or diameter s of 10 μm to 100 μm are arranged so that the interval w is 250 μm to 2000 μm is formed, and the growth temperature is from 1040 ° C. to HVPE. A nitride semiconductor crystal is grown on the base substrate by supplying a Group 3 or Group 5 source gas having a 1/3 degree b ratio of 1 to 10 at 1150 ° C. and a gas containing iron. And removing the base substrate to obtain a self-supporting semi-insulating nitride semiconductor substrate having a specific resistance of 1 × 10 5 Ωcm or more and a thickness of 100 μm or more. A method for manufacturing a substrate. 成長温度が1090℃〜1150℃であり、5/3族比bが1〜5であって、被覆部を除いて表面がほぼ平坦な結晶を成長させることを特徴とする請求項1に記載の半絶縁性窒化物半導体基板の製造方法。 2. The crystal according to claim 1, wherein the growth temperature is 1090 ° C. to 1150 ° C., the 5/3 group ratio b is 1 to 5, and the surface is substantially flat except for the covering portion. A method of manufacturing a semi-insulating nitride semiconductor substrate. 成長温度が1040℃〜1070℃であり、5/3族比bが1〜10であって、被覆部を底とし隣接被覆部の中間を山とするファセット面を持つ結晶を成長させることを特徴とする請求項1に記載の半絶縁性窒化物半導体基板の製造方法。 A growth temperature is 1040 ° C. to 1070 ° C., a 5/3 group ratio b is 1 to 10, and a crystal having a facet plane with a covering portion as a bottom and a middle portion between adjacent covering portions as a peak is grown. The method for producing a semi-insulating nitride semiconductor substrate according to claim 1. 直径又は幅sが10μm〜100μmで間隔wが250μm〜2000μmで繰り返す点状或いは平行線状の結晶欠陥集合領域Hと、隣接する結晶欠陥集合領域H、Hの間に繰り返し存在する低欠陥単結晶領域Zと低欠陥単結晶領域Z、Zの間に存在するC面成長領域Yとを含み、比抵抗が1×10Ωcm以上、厚みが100μm以上、反りの曲率半径が3m以上であることを特徴とする半絶縁性窒化物半導体基板。 Low defect single crystal having a diameter or width s of 10 μm to 100 μm and an interval w of 250 μm to 2000 μm and repeatedly existing between a point-like or parallel-line crystal defect gathering region H and adjacent crystal defect gathering regions H, H Including a region Z and a C-plane growth region Y existing between the low-defect single crystal regions Z and Z, having a specific resistance of 1 × 10 5 Ωcm or more, a thickness of 100 μm or more, and a curvature radius of curvature of 3 m or more. A semi-insulating nitride semiconductor substrate characterized by: 直径又は幅sが10μm〜100μmで間隔wが250μm〜2000μmで繰り返す点状或いは平行線状の結晶欠陥集合領域Hと、隣接する結晶欠陥集合領域H、Hの間に繰り返し存在する低欠陥単結晶領域Zと低欠陥単結晶領域Z、Zの間に存在するC面成長領域Yとを含み、比抵抗が1×10Ωcm以上、厚みが100μm以上の半絶縁性窒化物半導体基板と、この基板上に設けられた窒化物半導体エピタキシャル膜を備え、反りの曲率半径が3m以上であることを特徴とする窒化物半導体エピタキシャル基板。 Low defect single crystal having a diameter or width s of 10 μm to 100 μm and an interval w of 250 μm to 2000 μm and repeatedly existing between a point-like or parallel-line crystal defect gathering region H and adjacent crystal defect gathering regions H, H A semi-insulating nitride semiconductor substrate including a region Z and a C-plane growth region Y existing between the low-defect single crystal regions Z and Z, a specific resistance of 1 × 10 5 Ωcm or more, and a thickness of 100 μm or more, A nitride semiconductor epitaxial substrate comprising a nitride semiconductor epitaxial film provided on a substrate, wherein a curvature radius of warpage is 3 m or more. 直径又は幅sが10μm〜100μmで間隔wが250μm〜2000μmで繰り返す点状或いは平行線状の結晶欠陥集合領域Hと、隣接する結晶欠陥集合領域H、Hの間に繰り返し存在する低欠陥単結晶領域Zと低欠陥単結晶領域Z、Zの間に存在するC面成長領域Yとを含み、比抵抗が1×10Ωcm以上である半絶縁性窒化物半導体基板と、
前記半絶縁性窒化物半導体基板の上に設けられた窒化物半導体エピタキシャル膜と、
前記窒化物半導体エピタキシャル膜に設けられたゲート電極と、
前記窒化物半導体エピタキシャル膜に設けられたソース電極と、
前記窒化物半導体エピタキシャル膜に設けられたドレイン電極を備え前記ゲート電極が結晶欠陥集合領域H以外に形成されていることを特徴とする電界効果トランジスタ。
Low defect single crystal having a diameter or width s of 10 μm to 100 μm and an interval w of 250 μm to 2000 μm and repeatedly existing between a point-like or parallel-line crystal defect gathering region H and adjacent crystal defect gathering regions H, H A semi-insulating nitride semiconductor substrate including a region Z and a C-plane growth region Y existing between the low-defect single crystal regions Z and Z and having a specific resistance of 1 × 10 5 Ωcm or more;
A nitride semiconductor epitaxial film provided on the semi-insulating nitride semiconductor substrate;
A gate electrode provided on the nitride semiconductor epitaxial film;
A source electrode provided on the nitride semiconductor epitaxial film;
A field effect transistor comprising a drain electrode provided on the nitride semiconductor epitaxial film, wherein the gate electrode is formed in a region other than the crystal defect assembly region H.
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