JP2010070430A - Conductive nitride semiconductor substrate and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、導電性の窒化物半導体基板とその製造方法に関する。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 conductive nitride semiconductor substrate and a method for manufacturing the same. 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−Al2O3)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 elements 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。GaNの劈開面と、サファイヤ基板の劈開面が異なるので、切断用機械でチップ分離しなければならない。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, the sapphire substrate is insulative and the n-electrode cannot be taken from the bottom. Since the cleaved surface of GaN and the cleaved surface of the sapphire substrate are different, chips must be separated with a cutting machine. There is a problem that it takes time and effort and 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インチ径の酸素ドープ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。 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. At present, it is possible to manufacture an oxygen-doped n-type GaN free-standing substrate having a diameter of 2 inches.
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(NH3)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NH3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 the form of a gas. Nitrogen is provided in the form of ammonia (NH 3 ). The MOCVD process gives
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.
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
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。下地基板Uの上にマスクを設ける。広い連続した被覆部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の方が露呈部E(窓W)よりずっと面積が広い。被覆部Mは連続しており下地基板Uと同じ広がりを持つ1枚の薄膜である。露呈部E(開口部:窓W)は数が多いが総面積は狭い。
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(露呈部E)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(露呈部E)の中だけに窒化ガリウム結晶Gができる。露呈部Eにおいて結晶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. 2 (1), the mask M is formed by forming a mask material on the base substrate U and regularly providing small windows W (exposed portions E). When gallium nitride is vapor-phase grown, a gallium nitride crystal G is formed only in the window W (exposed portion E). In the exposed portion E, many upward dislocations T are generated at the boundary between the crystal G and the base substrate U (FIG. 2B).
成長が進むと露呈部E(窓W)上の結晶Gの一部が被覆部(マスク)Mの上に乗り上がりマスクM(被覆部)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同士が衝突する。それによって一部の転位が打ち消し合う。 As the growth proceeds, a part of the crystal G on the exposed portion E (window W) rides on the covering portion (mask) M and extends laterally on the mask M (covering portion) (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 dislocations T extend sideways and collide with each other. As a result, some 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(露呈部E)の上で多く、被覆部(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 (exposed portion E) and small on the covering portion (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。
And 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、NH3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GaCl の分圧PGaCl とNH3の分圧PNH3によって表現される。ここで分圧単位はPaであるが、1気圧(1atm)を0.1MPa(100000Pa)と近似している。kPa(1000Pa)を単位にすることが多いが100kPa=1atmという近似である。3族と5族原料の比率bはNH3分圧PNH3とGaCl の分圧PGaCl の比率によって表すことができる。5族、3族原料比率を5/3族比bと呼ぶことにする。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
特許文献1は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。
成長中の基板温度と5/3族比bは結晶成長を規定する重要な条件である。図22にこれから述べる全ての特許文献1〜11の成長温度と5/3族比bを一覧にして示す。横軸は基板温度(℃)、縦軸は5/3族比bである。特許文献に示されたGaNの基板温度、5/3族比bの座標に丸を打っている。黒丸はHVPE法、黒点白丸はMOCVD法によるものである。黒丸、黒点白丸の横に付けた数字は特許文献の番号である。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 substrate temperature during growth and the 5/3 group ratio b are important conditions that define crystal growth. FIG. 22 shows a list of the growth temperatures and the 5/3 group ratio b of all
成長温度Tq、NH3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 °
970 °
820 °
970 °
1000 °
970 °
特許文献1のMOCVD法による基板温度は820℃〜1000℃、5/3族比bは50倍〜100倍である。これらは図22の左半ばの高さにある5個の黒点白丸で表される。3番目の820℃、67倍の分は温度が低すぎて図22に入らず省略されている。
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 substrate temperature by MOCVD method of
The growth conditions by the HVPE method described in the example of
成長温度Tq、NH3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
特許文献1のHVPE法は基板温度950〜1030℃で5/3族比bが10倍〜50倍である。
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 °
970 °
1000
950 ° C 25kPa 2kPa 12.5 times
1020 ° C 25kPa 2kPa 12.5 times
1000 °
1010 ° C 25kPa 2kPa 12.5 times
1030 ° C 25kPa 2kPa 12.5 times
In the HVPE method of
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直径ウエハに換算して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。大きい曲率である。
In
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、NH3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。
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。NH3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 can be 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 curvature radius 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
成長温度Tq、NH3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
何れもHVPE法である。基板温度は970〜1030℃、5/3族比bは3倍〜12倍である。図22の左下部分に11個の黒丸で特許文献2の成長条件(基板温度、b)を示す。
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 °
1030
970
970 °
970 °
1020 °
1020 °
1030
970
970 °
970 ° C 24kPa 2kPa 12 times
Both are HVPE methods. The substrate temperature is 970 to 1030 ° C., and the 5/3 group ratio b is 3 to 12 times. The growth conditions (substrate temperature, b) of
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。
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。
成長温度が1020℃、1030℃の場合は表面平坦で内部応力が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。NH3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成長温度は970℃、GaCl分圧は2kPa、NH3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
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
成長温度Tq、NH3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
何れもHVPE法である。基板温度は970〜1030℃、5/3族比bは3倍〜12倍である。図22の左下部分に11個の黒丸で特許文献3の成長条件(基板温度、b)を示す。
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 °
1030
970
970 °
970 °
1020 °
1020 °
1030
970
970 °
970 ° C 24kPa 2kPa 12 times
Both are HVPE methods. The substrate temperature is 970 to 1030 ° C., and the 5/3 group ratio b is 3 to 12 times. The growth conditions (substrate temperature, b) of
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
特許文献4の実施例ではMOCVD法で、5/3族比b=12000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。好ましい成長温度は950℃〜1050℃と述べている。HVPEの条件を述べていない。図22ではb=2222倍、1800倍、1500倍、800倍、30倍、温度950〜1050℃の帯線を引き黒点白丸を付している。n型ドーパントはSiである。Si原子がGa原子を置換して自由電子を一つ供出する。だからSiはn型ドーパントになる。シランガス(SiH4)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。
In the example of
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。成長条件としての基板温度や3族分圧、5族分圧も特許文献4と同じであるから述べない。図22にも記載していないが特許文献4と同じと思えば良い。
特許文献6は酸素(O)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。酸素は窒素を置換すれば自由電子を一つ供出できるのでn型ドーパントとなる可能性がある。しかし酸素がGaNの中でどのような準位を形成するのか予め分からないから、実際にドーピング実験をしてみないとn型ドーパントとなるかどうかは予断できない。
特許文献6は基板温度や原料分圧を具体的に示していない。図22にも書き込んでいない。
特許文献4、5はシランガス(SiH4)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NH3、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。特許文献6は酸素がn型ドーパントになり得ることを初めて指摘しただけでドーピングの異方性については気付いていない。
In
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。
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
成長温度Tq、NH3分圧PNH3、HCl分圧PHCl、5/3族比bの順に示す。
1020℃ 20kPa 1kPa 20倍
図22の1020℃、20倍の座標に”7”を付した黒丸で示している。
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 °
This is indicated by a black circle in FIG. 22 where “7” is added to the coordinates at 1020 ° C. and 20 times.
特許文献8はELO法(図1、図2に示す。図2(7)のように平坦面C面を維持して成長)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F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ファセットを維持する。ピットを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。
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。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)。 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. 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、更にピット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(図1、2)と違って、成長中期から終期まで転位減少効果がある。全く新規の転位密度減少法である。ファセットを維持しファセットの作用で転位を減らすのでこの方法を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 (FIGS. 1 and 2), this has an effect of reducing dislocation from the middle to the end of growth. This is a completely new dislocation density reduction method. This method is called the facet growth method because the facet is maintained and the dislocation is reduced by the action of the facet.
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
特許文献8(ランダムファセット)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 (Random Facet) are as follows.
成長温度T、NH3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
特許文献8の成長条件は980℃〜1050℃、b=10倍〜40倍である。5/3族比bが大きい。(基板温度、5/3族比b)を座標とする7つの黒丸点は図22の下半中央に広がっている。
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 °
1000 °
1050 °
1020 °
1000 °
1000 °
980 °
The growth conditions of
特許文献8は基板に異方性、特異性がないのでファセットピットのできる位置が偶然に支配される。ランダムファセット法と呼ぶ。ピット位置が偶然によって決まるのでその上にデバイスを作製する場合に困難がある。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共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。
In
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。先程の図1、2のELOと違って、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。被覆部間隔wと被覆部直径sの和がピッチpである。wがsよりずっと大きい。被覆部配列のピッチpもELOよりもずっと大きく広い。マスクした下地基板Uの上にGaNを気相成長させる。露呈部Eで成長が始まる。露呈部Eに薄膜が形成される。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
図7、図8、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。 Facet growth using a dot mask will be described with reference to FIGS. 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に集め更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 further 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。マスクの上にできるのが閉鎖欠陥集合領域Hである。マスクのない露呈部の上でマスクに接するようにできるのが単結晶低転位随伴領域Zである。露呈部の上でマスクから離れた位置にできるのが単結晶低転位余領域Yである。ファセットはマスクから斜めに発生し露呈部を覆い、ファセット下に単結晶低転位随伴領域Zができるからこれはマスクに接してできる。単結晶低転位余領域Yは単結晶低転位随伴領域Zに囲まれた領域なのでマスクから離れた位置にできる。ファセット成長法のマスクは、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
ELOマスク(図1、2)は、被覆部Mが露呈部E(窓W)より広く、被覆部Mは1枚に連続しており、多数存在する露呈部E(窓W)は小さく(直径1〜2μm)、ピッチも小さく(2μm〜6μm)、露呈部Eの総面積は被覆部面積より小さい。 In the ELO mask (FIGS. 1 and 2), the covering portion M is wider than the exposed portion E (window W), the covering portion M is continuous in one sheet, and the many exposed portions E (window W) are small (diameter). 1 to 2 μm), the pitch is small (2 μm to 6 μm), and the total area of the exposed portion E is smaller than the covering portion area.
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、図6のように露呈部Eが被覆部Mより広い。露呈部Eは連続した一つの領域である。被覆部Mは多数存在するが被覆部総面積は露呈部面積より狭い。図7、8、9のように露呈部EでファセットFができ、その直下が低転位密度高品質の単結晶低転位随伴領域Zとなるから露呈部Eが広いということは必須である。被覆部M直径はかなり大きい(直径20μm〜100μm)。被覆部Mの上がファセットピットPの底になる。ファセットピットP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M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(図8、9)。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 other hand, in the mask used as the basis of the facet pit of
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
成長温度Tq、NH3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
成長温度は1010℃〜1050℃で、5/3族比bは8倍〜15倍である。これは図22において下半部中央の数字”9”が付けられた7つの黒丸点で表現されている。
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 °
1030 °
1010 °
1030 °
1050 °
1030 ° C 25kPa 2kPa 12.5 times
1030 ° C 25kPa 2kPa 12.5 times
The growth temperature is 1010 ° C. to 1050 ° C., and the 5/3 group ratio b is 8 to 15 times. In FIG. 22, this is represented by seven black circles with the number “9” in the middle of the lower half.
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(マスク)の上には閉鎖欠陥集合領域Hができ、その周辺の露呈部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
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)。ELO法のピッチや間隔よりもこの方法のs、wは大きい。s、wを比べるとw はsよりずっと大きい。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
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ができたので閉じており「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は終端部で閉じていないから「閉鎖」はふさわしくない。だからマスク上にできるものは結晶欠陥集合領域Hと呼ぶ。これは特許文献8の閉鎖欠陥集合領域Hと同じものであるから同じ記号Hをつける。露呈部が連続的に広がり、Zが広がって必ずしもHに随伴していないから「随伴」はふさわしくない。だからZを低欠陥単結晶領域Zと名付けた。特許文献8の単結晶低転位随伴領域Zと同じものなので同じ記号Zをつける。特許文献9のドットマスクの場合は、マスクを中心にして等しい半径の接触円を描くと余分の部分が必ずできる。だから特許文献8、9では単結晶低転位余領域Yは必ず発生した。しかし特許文献10ではマスクが平行縞状なのでYはできることもできないこともある。C面があればそこはYなのである。C面に伴って発生するから特許文献10ではC面成長領域Yと呼ぶ。単結晶低転位余領域Yと同じものだから同じ記号Yをつける。
In
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
... the 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。被覆部Mのピッチp(20μm〜2000μm)は、図1、2のマスク窓のピッチ(2μm〜6μm程度)よりずっと広い。露呈部Eが被覆部Mより広い。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Mで区切られた平行縞状となる。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. The pitch p (20 μm to 2000 μm) of the covering portion M is much wider than the pitch of the mask windows (about 2 μm to 6 μm) in FIGS. The exposed part E is wider than the covering part M. 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 crystals G are in the form of parallel stripes delimited by the covering portion M. 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 directly 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
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
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。ELOマスクは、直径が1μm〜2μmの小さい窓を2〜6μmピッチ程度で沢山分布させる。ストライプマスクは、幅sが10μm〜300μm程度でピッチpは20μm〜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粗いマスクである。 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 ELO mask distributes many small windows having a diameter of 1 μm to 2 μm at a pitch of about 2 to 6 μm. The stripe mask has a width s of about 10 μm to 300 μm and a pitch p of about 20 μm to 2000 μm. For example, the stripe mask has a width s of 50 μm and a rough mask such that p = 500 μm.
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(全てHVPE法)での成長条件は次のようである。
The growth conditions in Examples (all HVPE methods) of
成長温度Tq、NH3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
特許文献10の基板温度は1010℃〜1050℃であり、5/3族比bは8倍〜15倍である。図22の下半中央部分の数字”10”が付された6つの点が特許文献10の成長条件を示している。
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 °
1030 °
1050 °
1010 °
1030 ° C 25kPa 2kPa 12.5 times
1030 °
The substrate temperature of
特許文献11は、サファイヤ(0001)基板の上に、H2、TMG、アンモニアを原料ガスとし(C5H5)2FeをドーパントとしたMOCVD法、或いはH2、HCl、Ga融液、アンモニアを原料とし(C5H5)2Fe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。特許文献11は鉄をドープして半絶縁性の基板を作ろうとする。
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。
Example of Patent Document 11 (MOCVD
The growth conditions in the method are as follows.
成長温度Tq、NH3分圧PNH3、TMG分圧PTMG、5/3族比bの順に示す。
1000℃ 15kPa 0.3kPa 50倍
これは図22の中央部1000℃、50倍の座標点の黒点白丸で示される。
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 °
This is indicated by a black dot and a white circle at a coordinate point of 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
成長温度Tq、NH3分圧PNH3、HCl分圧PGaCl 、5/3族比bの順に示す。
1000℃ 15kPa 0.3kPa 50倍
これは図22の中央部1000℃、50倍の座標点の黒丸で示される。
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 °
This is indicated by a black circle at a central point of 1000 ° C. in FIG.
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基板や、FETの基板として用いられる半絶縁性(SI)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 are the blue light emitting diodes, n-type GaN substrates used as semiconductor laser substrates, and semi-insulating (SI) GaN substrates used as FET substrates. 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).
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る。劣化抑制という点で低転位密度が望まれる。しかしそれだけではない。 In the case of a light-emitting element, since a high-density current flows through the substrate, there is a risk that deterioration will proceed from dislocation. A low dislocation density is desired in terms of suppressing deterioration. But that is not all.
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。半導体素子をその上に製造するための基板であるから反りが少なくクラックが少ないのが良い。だから導電性基板とする場合、導電率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。 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. Since it is a board | substrate for manufacturing a semiconductor element on it, it is good that there are few curvatures and there are few cracks. Therefore, when a conductive substrate is used, it is strongly desired that the substrate has high conductivity, 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n型である。
All of the GaN substrates mentioned in the prior art (
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。
特許文献1〜3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
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、下限は0.005Ωcm程度であろうと思われる。
ELO法では転位を十分減少できない。特許文献8、9によって提案されたファセット成長法は転位密度を減少させる効果がある。導電性GaNを作るには酸素をドープする方法とSiをドープする方法が現在知られている。特許文献6、7のように酸素ドープの場合、原料ガスに水か酸素を混ぜれば良い。これらは安全な物質である。特許文献4、5のようにSiドープの場合はシラン(SiH4)ガスを供給する必要がある。シランガスは危険なガスであり大量に使うのは望ましくない。それにSiH4ガスの吸収に面依存性があるのか?ないのか?ということははっきりしない。シリコンをドーピングする場合にC面とM面、A面あるいは一般にF面(ファセット面のことをこのように略記)にドーピング異方性があるのかどうかという研究はなされていない。シリコンにも酸素と同じ面方位依存性があればn型不純物ドーピング量を平均化することはできない。しかしSiと酸素(O)の面依存性が異なると相補的に比抵抗率を均一化できるかも知れない。
Dislocations cannot be reduced sufficiently by the ELO method. The facet growth method proposed by
ファセット成長法は転位密度を減らすために有用な方法である。マスク上の閉鎖欠陥集合領域に転位を集めることによって、それ以外の部分の転位密度を減らすことができる。それに表面に凹凸構造があるので反りが少なくクラック発生率も少ないようである。 The facet growth method is a useful method for reducing the dislocation density. By collecting the dislocations in the closed defect gathering region on the mask, the dislocation density in other portions can be reduced. Moreover, since the surface has a concavo-convex structure, it seems that there is little warpage and the occurrence rate of cracks is small.
しかしファセット成長法は欠点もある。ひとつは酸素をドーピングする場合、酸素吸収に異方性があるということである。ファセット成長法を用いて酸素ドープのn型結晶を作るとドーピング効率に大きい面方位依存性がある。特許文献7は、酸素ドーピング効率はC面では最低でありファセットでは酸素はその50倍以上吸収されると述べている。ファセット成長法を行なうとファセットで成長する部分と、C面で成長する部分が混在する。C面では酸素があまり入らないので酸素濃度が低くなる。ファセットではC面に比べ酸素が50倍以上入りやすいので酸素濃度が高くなる。ファセット成長した結晶は一部にC面もあるから酸素濃度が結晶内で不均一になってしまう。そうなるとそれを基板としてデバイスをその上に作ると、素子毎に導電性が大きく異なるということになってしまう。
However, the facet growth method has its drawbacks. One is that when oxygen is doped, oxygen absorption is anisotropic. When an oxygen-doped n-type crystal is formed using the facet growth method, the doping efficiency has a large plane orientation dependency.
ファセット成長でなくC面成長させると酸素が入らず比抵抗が高くなる。それに平坦面を保って成長させるC面成長法で作った結晶は、クラックが入りやすく割れ易いという印象を受けており、ファセット成長法で作ったものはクラックが入り難くより堅固であるという印象がある。クラックが少なく、反りが少なく、しかも一様な抵抗率を持つようなn型基板を作りたい。本発明の目的は、クラック発生率が少なく、反りが少なく、一様な抵抗率を持つn型GaN基板を与えることである。 When the C-plane growth is performed instead of facet growth, oxygen does not enter and the specific resistance increases. Crystals made by the C-plane growth method that grows while maintaining a flat surface have an impression that cracks are easy to break and are easy to break, and those made by the facet growth method have the impression that they are harder to crack and harder. is there. We want to make an n-type substrate with few cracks, little warpage, and uniform resistivity. An object of the present invention is to provide an n-type GaN substrate having a small crack generation rate, a small warpage, and a uniform resistivity.
本発明のn型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Si系化合物ガスと酸素(O)とを供給しながら、マスク付き下地基板の上にファセット面には酸素とSiを、C面成長領域には主にSiをドーピングしながら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以上の厚みを持ち反りが少なく、クラック発生率が低く、比抵抗の低い、比抵抗の局所的ばらつきの少ないシリコン、酸素ドープ導電性窒化物半導体結晶基板を得る。
In the method for producing an n-type nitride semiconductor substrate according to 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
従来のように1種類のドーパントではなく2種類のドーパントを使い、ファセットとC面で異なるドーパントが主に添加されるようにし相補的に比抵抗を均一化させるようにした。 As in the prior art, two types of dopants are used instead of one type of dopant, and different dopants are mainly added on the facet and the C plane so that the specific resistance is made uniform in a complementary manner.
5/3族比bが1〜10という低比率で、温度を1040℃〜1150℃という高い温度にしたのはこれまでのGaN成長では例がない。図22に示すように、多くのGaN成長法(特許文献1、4、7、8、10の一部、11)では5/3族比bは10より大きい。5/3族比bが10より小さい成長をさせる文献(特許文献2、3、9の一部、10の一部)もあるがそれは温度が1040℃未満の低い温度としている。
There is no example of GaN growth so far that the 5/3 group ratio b is as low as 1 to 10 and the temperature is as high as 1040 ° C. to 1150 ° C. As shown in FIG. 22, the 5/3 group ratio b is larger than 10 in many GaN growth methods (parts of
5/3族比b=1〜10で、1040℃〜1070℃の温度範囲ではファセットが強く現れ表面は強く傾斜した坂面となる。凹凸の強い表面を持つこの結晶をII型と呼ぶ。図20にこれを示す。粗いピッチで並ぶ被覆部Mを下地基板Uに付けてファセット成長させるので被覆部Mの上は結晶欠陥集合領域Hとなり、その両側にはファセットF、Fに続いて低欠陥単結晶領域Z、Zが生ずる。ファセットF、Fは成長の最後まで存続する。表面の全面がファセットFとなることもある。一部が削れて(破線)C面となり、それに続く部分がC面成長領域Yとなる場合もある。ファセットの占める割合によって、ZとZの中間部にC面成長領域Yが存在しない場合もあり、C面成長領域Yが一部に存在することもある。 In the 5/3 group ratio b = 1 to 10, in the temperature range of 1040 ° C. to 1070 ° C., facets strongly appear and the surface becomes a strongly inclined slope. This crystal having a strong uneven surface is called type II. This is shown in FIG. Since the covering portions M arranged at a rough pitch are attached to the base substrate U and facet growth is performed, the upper portion of the covering portion M becomes a crystal defect gathering region H, and on both sides thereof, facet F, F is followed by low defect single crystal regions Z, Z Will occur. Facets F, F persist until the end of growth. The entire surface may become facet F. In some cases, a part is shaved (broken line) to become a C-plane, and a subsequent portion becomes a C-plane growth region Y. Depending on the proportion of facets, the C-plane growth region Y may not exist in the middle of Z and Z, and the C-plane growth region Y may exist in part.
下地基板Uの上に幅の広いマスクを周期的に設けて,その上に窒化物半導体を成長させるのであるから本発明はファセット成長法を採用しているのである。だから被覆部Mから立ち上がるファセットが多数生ずる。それは図9や図15に示すような経過でファセット成長する。被覆部Mの上に結晶欠陥集合領域Hができるし、露呈部Eには低欠陥単結晶領域ZとC面成長領域Yができる。ファセットの下に低欠陥単結晶領域Zが、C面の下にC面成長領域Yが発生する。表面がファセットのII型の場合はファセットが優勢のままで成長する。表面が平坦なI型の場合は温度が高いので、やがてC面が優越し最終的には平坦のC面が表面全体を占める。いずれにしても途中まではファセット成長するので酸素が主に取り込まれる。 Since a wide mask is periodically provided on the base substrate U and a nitride semiconductor is grown thereon, the present invention employs the facet growth method. Therefore, many facets rising from the covering portion M are generated. It grows facet in the process as shown in FIGS. A crystal defect assembly region H is formed on the covering portion M, and a low defect single crystal region Z and a C-plane growth region Y are formed in the exposed portion E. A low-defect single crystal region Z is generated under the facet, and a C-plane growth region Y is generated under the C-plane. In the case of the facet type II, the surface grows with the facet predominating. In the case of type I having a flat surface, the temperature is high, so that the C surface eventually dominates and finally the flat C surface occupies the entire surface. In any case, oxygen is mainly taken in because facet growth occurs partway through.
被覆部幅(直径)をs、被覆部間隔をw、被覆部ピッチをpで表す。s=10μm〜100μm、w=250μm〜10000μmである。被覆部というのは規則性を持って下地基板の上に形成されたものである。規則性があれば、s、w、pを定義することができる。代表的なものは孤立点からなる被覆部(ドット型、図26)集合を持つものと、平行帯状被覆部(ストライプ型、図25)集合を持つものがある。その他の規則性あるパターンでも良い。 The coating part width (diameter) is represented by s, the coating part interval is represented by w, and the coating part pitch is represented by p. s = 10 μm to 100 μm, w = 250 μm to 10000 μm. The covering portion is formed on the base substrate with regularity. If there is regularity, s, w, and p can be defined. A typical one includes a set having a cover (dot type, FIG. 26) set of isolated points and a set having a parallel strip-like cover (stripe type, FIG. 25). Other regular patterns may be used.
5/3族比b=1〜10で、1090℃〜1150℃のより高温の範囲では表面は最終的に平坦なC面となる。凹凸の少ないこの結晶をここではI型と呼ぶ。図21にI型結晶を示す。I型であってもマスクを使って結晶成長するので途中まではファセット成長である。成長の終期近くになってC面成長となる。だからマスクMの上に結晶欠陥集合領域Hができその両側に低欠陥単結晶領域Zが生じマスクの中間にC面成長領域Yが生ずる。上面はC面であるが、ピッチの大きい被覆部を下地基板に付けてから成長するのでファセット成長となる。成長を続け結晶が十分に厚くなってからC面成長となる。だから本発明のI型は従来のC面成長法とは異なる。被覆部幅(直径)をs、被覆部間隔をw、被覆部ピッチをpで表す。s=10μm〜100μm、w=250μm〜10000μmである。被覆部というのは規則性を持って下地基板の上に形成されたものである。規則性があれば、s、w、pを定義することができる。代表的なものは孤立点からなる被覆部(ドット型、図26)集合を持つものと、平行帯状被覆部(ストライプ型、図25)集合を持つものがある。その他の規則性あるパターンでも良い。 In the 5/3 group ratio b = 1 to 10 and in the higher temperature range of 1090 ° C. to 1150 ° C., the surface finally becomes a flat C plane. This crystal with less unevenness is referred to herein as type I. FIG. 21 shows a type I crystal. Even in the case of the I type, crystal growth is performed using a mask, so the facet growth is performed halfway. Near the end of growth, it becomes C-plane growth. Therefore, a crystal defect gathering region H is formed on the mask M, low defect single crystal regions Z are formed on both sides thereof, and a C-plane growth region Y is formed in the middle of the mask. Although the upper surface is a C-plane, it grows after the covering portion having a large pitch is attached to the base substrate, so that facet growth occurs. C-plane growth occurs after the crystals continue to grow and become sufficiently thick. Therefore, the type I of the present invention is different from the conventional C-plane growth method. The coating part width (diameter) is represented by s, the coating part interval is represented by w, and the coating part pitch is represented by p. s = 10 μm to 100 μm, w = 250 μm to 10000 μm. The covering portion is formed on the base substrate with regularity. If there is regularity, s, w, and p can be defined. A typical one includes a set having a cover (dot type, FIG. 26) set of isolated points and a set having a parallel strip-like cover (stripe type, FIG. 25). Other regular patterns may be used.
5/3族比b=1〜10で、1070℃〜1090℃の中程度の温度では山の途中が削られたような混合型となる。図24に混合型の結晶断面図を示す。大きいピッチの被覆部Mを下地基板Uに付けてから結晶成長するのでファセット成長する。被覆部Mのすぐ上は結晶欠陥集合領域Hとなる。その両側露呈部E上で、ファセットFに続く部分は低欠陥単結晶領域Zとなる。Z,Zで挟まれたC面の下はC面成長となる。十分に厚く結晶成長してからC面成長が優位になってくる。C面成長した部分はC面成長領域Yとなる。最後までファセットFが表面に残る。被覆部幅(直径)をs、被覆部間隔をw、被覆部ピッチをpで表す。s=10μm〜100μm、w=250μm〜10000μmである。被覆部というのは規則性を持って下地基板の上に形成されたものである。規則性があれば、s、w、pを定義することができる。代表的なものは孤立点からなる被覆部(ドット型、図26)集合を持つものと、平行帯状被覆部(ストライプ型、図25)集合を持つものがある。その他の規則性あるパターンでも良い。 At 5/3 group ratio b = 1-10 and at a medium temperature of 1070 ° C. to 1090 ° C., a mixed type in which the middle of the mountain is shaved is obtained. FIG. 24 shows a mixed crystal cross-sectional view. Since crystal growth is performed after the covering portion M having a large pitch is attached to the base substrate U, facet growth is performed. Immediately above the covering portion M is a crystal defect gathering region H. On the both-side exposed portion E, the portion following the facet F becomes a low defect single crystal region Z. Below the C plane sandwiched between Z and Z is C plane growth. C-plane growth becomes dominant after crystal growth is sufficiently thick. The C-plane grown portion becomes a C-plane growth region Y. Facet F remains on the surface until the end. The coating part width (diameter) is represented by s, the coating part interval is represented by w, and the coating part pitch is represented by p. s = 10 μm to 100 μm, w = 250 μm to 10000 μm. The covering portion is formed on the base substrate with regularity. If there is regularity, s, w, and p can be defined. A typical one includes a set having a cover (dot type, FIG. 26) set of isolated points and a set having a parallel strip-like cover (stripe type, FIG. 25). Other regular patterns may be used.
何れの場合も最終的には表面を研削、研磨して平坦なミラー面にする。だから山谷構造はミラーウエハになればもはや存在しない。その前の結晶成長の直後の構造である。ミラーウエハにしたものは厚みが100μm以上とする。これは自立できるためである。もっと厚くても良い。300〜10000μmの場合もある。厚い場合は面平行に切断して複数枚のウエハとする。ウエハとしても元のHZYZHZYZ…構造は残っており横方向の異方性がある。それらは透明なので肉眼では分からないがCL(カソードルミネッセンス)や蛍光顕微鏡で分かる。 In either case, the surface is finally ground and polished to form a flat mirror surface. Therefore, the Yamatani structure no longer exists if it becomes a mirror wafer. This is the structure immediately after the previous crystal growth. The mirror wafer has a thickness of 100 μm or more. This is because it can stand on its own. It may be thicker. It may be 300 to 10,000 μm. If it is thick, the wafer is cut in parallel to form a plurality of wafers. The original HZYZHZYZ... Structure remains as a wafer and has anisotropy in the lateral direction. Since they are transparent, they cannot be seen with the naked eye, but can be seen with CL (cathode luminescence) or a fluorescence microscope.
本発明のもうひとつの特徴はシリコンと酸素の二重ドーピングということである。II型と混合型では表面にC面とF面(ファセットのこと)が混合する。I型でも途中までC面とF面が混在する。酸素はF面に多くC面に少なくドーピングされるという面方位依存性がある。もしもシリコンにC面に多くF面に少なくドープされるという反対の面方位依存性があれば、シリコンと酸素を二重にドープすることによってC面とF面のn型ドーパントの量を相補うようにすることができる。しかしその場合でも酸素とシリコンを二重にドープした場合に、2種のドーパントが互いに妨害干渉し合うということがないか(干渉効果)?干渉がなく酸素とシリコンが独立にn型キャリヤを出すとしても、活性化率が違うので必要とされる酸素とシリコンの量が違う。酸素ドーピングとシリコンドーピングを1対1に扱うことができるのか(優劣)?それに結晶成長の方法によってC面とF面のできる比率(C面/F面比率)が異なる。これは全体として比率が異なるだけでなく成長方向(高さ方向)にも異なる。C面とF面の比率が違えば全体としての比抵抗も異なる筈である。二重ドーピングによって予定する比抵抗を得るための設計を可能にするには様々のことを明らかにしなければならない。n型ドーパントの2重ドープということについてはこれまで挙げた特許文献1〜11には記述がない。その他本発明者が調査したところでは2重ドープの文献はなかった。
Another feature of the present invention is the double doping of silicon and oxygen. In the II type and the mixed type, the C surface and the F surface (facet) are mixed on the surface. Even in the I type, the C surface and the F surface coexist halfway. Oxygen has a plane orientation dependency in which a large amount is doped in the F plane and a small amount is doped in the C plane. If silicon has the opposite plane orientation dependence of doping on the C-plane and less on the F-plane, the amount of n-type dopants on the C-plane and F-plane is complemented by double doping with silicon and oxygen. Can be. But even in that case, when oxygen and silicon are double doped, can the two dopants interfere with each other (interference effect)? Even if oxygen and silicon emit n-type carriers independently without interference, the activation rates are different, so the amounts of oxygen and silicon required are different. Is it possible to handle oxygen doping and silicon doping one-on-one (superior or inferior)? In addition, the ratio of the C plane and F plane (C plane / F plane ratio) differs depending on the crystal growth method. This is not only different in ratio as a whole, but also in the growth direction (height direction). If the ratio of the C plane and the F plane is different, the specific resistance as a whole should be different. Various things must be clarified to enable a design to obtain a specific resistivity by double doping. The double doping of n-type dopants is not described in
本発明者の数多くの実験によってシリコンには面方位依存性がないらしいということが分かってきた。つまりC面とF面でシリコンは同じ程度にドープされるらしい。酸素はC面とF面で吸収の程度が著しく違う。それは特許文献7によって指摘された50倍という値よりも大きいようである。 A number of experiments by the inventor have shown that silicon does not appear to be plane orientation dependent. In other words, silicon seems to be doped to the same extent on the C and F planes. Oxygen absorbs significantly differently on the C and F planes. It seems to be larger than the value of 50 times pointed out by US Pat.
それでC面とF面が共存するファセット成長では、シリコンと酸素の両方を含む雰囲気で窒化物半導体結晶を成長させると、C面とF面とでn型ドーパント濃度が平均化され比抵抗の局所的な揺らぎを減らすことができる。先述のように本発明は5/3族比bを1〜10の低い値にし基板温度を1040℃〜1150℃という高温にする。II型(図20)のようにファセットが優勢で成長中もファセットが全表面をほぼ覆う場合は酸素が主なドーパントとなる。酸素はアンモニア、水素、HClガスの中に水または酸素気体を含ませることによって雰囲気に導入できる。僅かにC面が存在するのでそれはSiドープすることによってn型キャリヤを与えるようにする。 Thus, in facet growth in which the C plane and F plane coexist, when a nitride semiconductor crystal is grown in an atmosphere containing both silicon and oxygen, the n-type dopant concentration is averaged between the C plane and the F plane, and the local resistivity is increased. Can be reduced. As described above, in the present invention, the 5/3 group ratio b is set to a low value of 1 to 10, and the substrate temperature is set to a high temperature of 1040 ° C. to 1150 ° C. If the facet covers the entire surface even during growth, as shown in type II (FIG. 20), oxygen is the main dopant. Oxygen can be introduced into the atmosphere by including water or oxygen gas in ammonia, hydrogen, or HCl gas. Since there is a slight C-plane, it is Si-doped to give n-type carriers.
I型(図21)のように表面がC面で覆われるものでも途中まではファセットを伴いながら成長するのであるから酸素が盛んにドープされる。成長の終わりに近づくとC面が優勢になり酸素が入り難くなる。それに変わってシリコンをドープするようにする。 Even if the surface is covered with the C-plane as in the case of type I (FIG. 21), it grows with facets up to the middle, so oxygen is actively doped. As the end of growth is approached, the C surface becomes dominant and oxygen becomes difficult to enter. Instead, dope silicon.
混合型(図24)はII型と同じくファセット成長を最後まで続けるのでファセットを通し酸素が十分に入る。C面にはシリコンをドープするようにする。
下地基板は窒化物半導体がc軸方向に成長するようなものであれば良い。(111)面GaAs ウエハ、C面サファイヤウエハ、C面SiCウエハ、C面GaNウエハなどを用いることができる。マスクはSiO2、SiN、AlN、金属膜などである。
In the mixed type (FIG. 24), the facet growth is continued to the end as in the case of the type II, so that oxygen sufficiently enters through the facet. The C plane is doped with silicon.
The underlying substrate may be any substrate as long as the nitride semiconductor grows in the c-axis direction. (111) plane GaAs wafers, C plane sapphire wafers, C plane SiC wafers, C plane GaN wafers, and the like can be used. Masks, etc. SiO 2, SiN, AlN, a metal film.
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(H2)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(H2)とアンモニア(NH3)ガスを下地基板6の上方へ流す。GaClとNH3が反応してGaNができる。第3原料ガス供給管10はシリコン(Si)の気体化合物(例えばシランSiH4)とキャリヤガス(H2)の混合ガスを反応炉内に供給する。酸素を添加するため、水または酸素気体を第1原料ガス供給管7の原料(H2+HCl)、第2原料ガス供給管8の原料(NH3+H2)或いは第3原料ガス供給管10の原料(SiH4+H2)に混ぜて供給する。合成されたGaNの内部にSi、Oが二重にドープされる。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
SiはSiの塩化物、フッ化物或いは水素化物(SiH4)など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。結晶の内部には酸素とシリコンがn型ドーパントとして共存する。 Si uses Si chloride, fluoride or hydride (SiH 4 ) 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. Within the crystal, oxygen and silicon coexist as n-type dopants.
そのようにして作製された本発明の窒化物半導体基板はクラック発生率Kが22%以下である。クラック発生率Kの下限は1%程度である(0.01≦K≦0.22)。II型に限って言えば、クラック発生率は18%以下となる(K≦0.18(II型))。特許文献2、3においては平坦表面を持つGaN自立結晶は全て研磨で割れてしまっていると記載されており、平坦表面を持つ特許文献2、3のGaN基板は全てクラック発生率Kが100%ということである。
The nitride semiconductor substrate of the present invention thus produced has a crack occurrence rate K of 22% or less. The lower limit of the crack occurrence rate K is about 1% (0.01 ≦ K ≦ 0.22). Speaking of type II only, the crack generation rate is 18% or less (K ≦ 0.18 (type II)).
本発明の窒化物半導体基板の反りの曲率半径Uは3.5m〜7mである(3.5m≦U≦7m)。表面がファセットの凹凸を持つII型に限ると4.2m≦U≦7mである。ELO法による特許文献2、3においては未研磨の平坦表面結晶は曲率半径が0.054m〜0.167mである。これは反りが極めて大きい。
未研磨の荒れ表面結晶の曲率半径は1m〜2.6mが4枚、10mが1枚あったとしている。研磨すると反りは増加するので、未研磨で曲率半径10mの1枚の試料も研磨すると3.4mに反りが増えている。つまり特許文献2、3の表面荒れ基板の曲率半径はU≦3.4mである。特許文献2、3のこの試料のクラック発生率は記述がない。基板温度は1020℃であって本発明の基板温度より低い。ファセット成長でなくC面成長である。比抵抗は0.05Ωcmだと述べている。特許文献2、3ではドーパントが何か記述がないので分からない。反りは曲率半径Uで表現する文献もあるが、平坦面に凸に置いたウエハの中心の高さhで表現する場合もある。ウエハの直径がDでウエハの中心高さがhの場合はU=D2/8hという関係があるので換算することができる。本発明の曲率半径Uが3.5m〜7mというのは、2インチ径(50mm)の場合は、h=89μm〜45μmということである。
The curvature radius U of the curvature of the nitride semiconductor substrate of the present invention is 3.5 m to 7 m (3.5 m ≦ U ≦ 7 m). When the surface is limited to type II having faceted irregularities, 4.2 m ≦ U ≦ 7 m. In
The curvature radius of the unpolished rough surface crystal is assumed to be 4 sheets of 1 m to 2.6 m and 1 sheet of 10 m. Since the warpage increases when polished, the warpage increases to 3.4 m when a single sample having a radius of curvature of 10 m and not polished is also polished. That is, the curvature radius of the rough surface substrate in
本発明の窒化物半導体基板の中のシリコン濃度は、5×1019cm−3≧Si≧1×1017cm−3とする。酸素濃度は1×1019cm−3≧O≧1×1015cm−3である。但しO=1×1015cm−3は酸素の検出限界であり実際にはもっと少ない場合もある。これについては後で述べる。 The silicon concentration in the nitride semiconductor substrate of the present invention is 5 × 10 19 cm −3 ≧ Si ≧ 1 × 10 17 cm −3 . The oxygen concentration is 1 × 10 19 cm −3 ≧ O ≧ 1 × 10 15 cm −3 . However, O = 1 × 10 15 cm −3 is an oxygen detection limit and may actually be much smaller. This will be described later.
本発明の窒化物半導体基板の抵抗率rは1×10−2Ωcm以下である。低いものは1.5〜2×10−3Ωcmのものも得られる。つまり本発明で得られる結晶の比抵抗rは0.0015Ωcm≦r≦0.01Ωcmである。それは特許文献1の比抵抗0.005Ωcm≦r≦0.08Ωcmを越えるものである。n型基板としてより低抵抗でクラック発生率の低い反りの少ない優れた窒化物半導体結晶を得ることができる。
The resistivity r of the nitride semiconductor substrate of the present invention is 1 × 10 −2 Ωcm or less. A low thing of 1.5-2 * 10 < -3 > (omega | ohm) cm is also obtained. That is, the specific resistance r of the crystal obtained in the present invention is 0.0015 Ωcm ≦ r ≦ 0.01 Ωcm. It exceeds the specific resistance 0.005 Ωcm ≦ r ≦ 0.08 Ωcm of
マスクはSiO2、SiON、SiN、AlN、Al2O3などである。マスクは被覆部が狭く露呈部が広い周期的なパターンであれば良い。ここではストライプ被覆(平行帯状)とドット被覆(孤立千鳥分布)について述べるが、その他の周期性を持つ被覆部でも良い。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〜10000μmとする。ピッチpはp=s+wである。ピッチはp=260μm〜10100μmである。
Masks, etc.
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〜10000μmとする。ピッチpは260μm〜10100
μm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-10000 micrometers. Pitch p is 260 μm to 10100
μm.
5/3族比bが1〜10で、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)。被覆部で低く露呈部で高くなるのでファセット成長である。ファセット(F面と簡単に呼ぶ)は酸素を旺盛に吸収することができる。ファセットは酸素とシリコンが両方共にドープされる。ファセット成長が周期まで持続する。マスク上は結晶欠陥集合領域Hとなり、露呈部Eで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。酸素供給量をO(t)、Si供給量をSi(t)とする。成長中これらが一定であっても良い。O(t)=C2、Si(t)=C1(C1,C2は定数)と表現できる。 When the 5/3 group ratio b is 1 to 10 and the substrate temperature is 1040 ° C. to 1080 ° C., a chevron crystal (type II) having a facet surface that is low at the mask position and high at the exposed portion grows (FIG. 20). . It is facet growth because it is low in the coating and high in the exposed part. Facets (simply called F-plane) can absorb oxygen vigorously. The facets are both doped with oxygen and silicon. Facet growth continues to cycle. 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 at the exposed portion E. The oxygen supply amount is O (t) and the Si supply amount is Si (t). These may be constant during growth. O (t) = C 2 and Si (t) = C 1 (C 1 and C 2 are constants).
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(II型)を書いている。理想形はZHZHZH…の繰り返しである。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。ZHZYZHZYZH…の繰り返しになる。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。C面には酸素が殆ど入って行かないのでシリコンが代わりに入る。SiはC面ドープのために必要なのである。成長初期は被覆部M、露呈部Eの影響が強くファセットFが圧倒的に優勢である。成長終期には被覆部、露呈部の区別の影響が弱くなりC面が一部出現し易くなる。そのようなことを考えると、Si含有ガス(例えばSiH4ガス)の供給を初めは0か僅かとし、次第に増やして行きC面の出現確率に応じてSiの供給を増やすようにしても良い。例えばSi含有ガスの供給量Si(t)をSi(t)=C3t+C4t2+…(C3、C4は正の定数、tは時間)というようにする。そうすると厚み方向にドナー濃度をより平均化することができる。 FIG. 20 shows an ideal form (type II) composed only of mountain shapes to emphasize the comparison with FIG. The ideal form is a repetition of ZHZHZH. This is realized only in a special case with a stripe mask. This is not the case with dot masks due to geometric constraints. ZHZYZHZYZH ... is repeated. 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. Since oxygen hardly enters the C side, silicon enters instead. Si is necessary for C-plane doping. In the initial stage of growth, the influence of the covering portion M and the exposed portion E is strong, and the facet F is overwhelmingly dominant. At the end of growth, the influence of the distinction between the covering portion and the exposed portion is weakened, and a part of the C-plane is likely to appear. In consideration of such a situation, the supply of Si-containing gas (for example, SiH 4 gas) may be initially set to 0 or slightly, and gradually increased to increase the supply of Si according to the appearance probability of the C plane. For example, the supply amount Si (t) of the Si-containing gas is set to Si (t) = C 3 t + C 4 t 2 +... (C 3 and C 4 are positive constants, and t is time). As a result, the donor concentration can be further averaged in the thickness direction.
最後までファセット(F面)を保持するII型はクラック発生率の低さや反りの小ささ、堅牢さ、転位密度の低さ、酸素ドープの容易さから最も望ましいものである。しかし成長の途中でC面がどこかに現れることがある。酸素ドープだけだとその部分のドナー密度(n型ドーパント)が低くなるが、本発明はSiもドープするのでC面もかなりのドナー密度がある。F面は酸素+Si、C面はSiをドープすることによってドナー密度の均一化が可能となる。しかもドナーの大部分は酸素でありSiのドーピング量は少ない。危険なSiH4ガスをたくさん使う必要がなく、安全性が高い。II型結晶は横方向に見るとZHZYZHZYZH…の繰り返しである。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。これが内部応力を減少させクラック発生率を下げる原因となる。 The type II holding the facet (F surface) to the end is most desirable because of low crack generation rate, low warpage, robustness, low dislocation density, and ease of oxygen doping. However, the C-plane may appear somewhere during the growth. If oxygen doping alone is used, the donor density (n-type dopant) in that portion is lowered, but since the present invention also doped Si, the C plane also has a considerable donor density. The donor density can be made uniform by doping the F plane with oxygen + Si and the C plane with Si. Moreover, most of the donor is oxygen and the amount of Si doping is small. There is no need to use a lot of dangerous SiH 4 gas, and safety is high. A type II crystal is a repetition of ZHZYZHZYZH. Tension can be alleviated because of the structure in which different things such as H and Z or H, Z and Y are mixed. This reduces the internal stress and reduces the crack generation rate.
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)。I型では、表面はほぼ平坦なC面である。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ある。C面にはSiをドナーとして導入する。しかし全体のドナーがSiだということではない。酸素が重要である。かなりの量のドナーは酸素である。I型でも初めは露呈部Eから成長が開始しファセットを作りそれが成長するのでファセット成長なのである。被覆部Mの上には結晶欠陥集合領域Hができ露呈部には低欠陥単結晶領域Z、C面成長領域Yができる。温度が高いので成長の終わりに近づくとC面成長に近くなる。マスク上は結晶欠陥集合領域Hとなり、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。表面はC面となっている。異なる組織が交替する構造(HZYZHZYZ…)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). In the I type, the surface is a substantially flat C plane. Actually, the upper part of the mask M may be slightly depressed. Si is introduced as a donor into the C plane. But that doesn't mean the whole donor is Si. Oxygen is important. A significant amount of donor is oxygen. Even in the I type, the growth starts from the exposed part E, and a facet is created to grow. A crystal defect gathering region H is formed on the covering portion M, and a low defect single crystal region Z and a C-plane growth region Y are formed on the exposed portion. Since the temperature is high, it approaches C-plane growth as it approaches the end of growth. A crystal defect gathering region H is formed on the mask, and a low defect single crystal region Z and a C-plane growth region Y are mixed on the exposed portion. The surface is a C plane. Stress can be relieved because of the structure (HZYZHZYZ...) In which different structures alternate.
I型は初めはファセット成長し、結晶はファセットをたくさん持っているから酸素を大いに吸収できる。Siは選択性がないのでF面にも入る。結晶内部は酸素が十分にドープされる。F面を通し酸素とSiが同時にドープされる。しかし成長の終わりに近づくとファセットが減りC面成長に近づく。ファセットFが減るから酸素を取り込まないが、C面が多いのでSiを吸収する。I型は成長の終わりにSiドープの効果が顕著になる。相補的ドーパントとしてSiが働いているのである。表面はSiが多く内部では酸素(O)が多いということになる。 Type I initially grows faceted, and the crystal has a lot of facets, so it can absorb a lot of oxygen. Since Si has no selectivity, it also enters the F plane. The inside of the crystal is sufficiently doped with oxygen. Oxygen and Si are simultaneously doped through the F plane. However, as the end of growth is approached, the facet decreases and approaches C-plane growth. Since facet F decreases, oxygen is not taken in, but Si is absorbed because there are many C faces. In the I type, the effect of Si doping becomes remarkable at the end of growth. Si acts as a complementary dopant. The surface is rich in Si, and oxygen (O) is rich inside.
初めからSiをドーパントとして導入し供給量を一定としても良い(Si(t)=C1)。その場合は初期のファセット成長でも酸素とSiがF面に同時にドープされる。成長の終期に近づくとC面が優越しSiだけがドープされる。つまりSiはいつでも定量吸収されるが酸素の吸収が減ってくる。するとドナー密度が厚さ方向に変化し表面でドナー密度がより低いということになる。すると表面の比抵抗が大きく出る。 Si may be introduced from the beginning as a dopant, and the supply amount may be constant (Si (t) = C 1 ). In that case, oxygen and Si are simultaneously doped into the F plane even in the initial facet growth. As the end of growth is approached, the C-plane dominates and only Si is doped. That is, Si is always absorbed quantitatively, but oxygen absorption decreases. Then, the donor density changes in the thickness direction, and the donor density is lower on the surface. Then, the specific resistance of the surface is greatly increased.
初めはファセット成長し終期に近づくに従ってC面成長に近づくのだからSiの供給に時間変化を与えても良い。Si含有ガス(例えばSiH4ガス)を初めは供給せず、次第に供給量を増やし、終期に近づくに従ってSi含有ガスを最大にするというようにする。Si(t)=C3t+C4t2+…(C3、C4は正の定数、tは時間)。すると初期、中期のF面が優越する場面では酸素、SiがF面を通して取り込まれ、終期になるとSiがC面を通して取り込まれることになる。ドナー(n型ドーパント)の厚さ方向の濃度を均一にすることができる。 At first, facet growth is performed, and C plane growth is approached as the end is approached, so time variation may be given to the supply of Si. The Si-containing gas (for example, SiH 4 gas) is not initially supplied, but the supply amount is gradually increased, and the Si-containing gas is maximized as the end of the process is approached. Si (t) = C 3 t + C 4 t 2 +... (C 3 and C 4 are positive constants, and t is time). Then, oxygen and Si are taken in through the F plane in the initial and middle F planes, and Si is taken in through the C plane in the final stage. The concentration in the thickness direction of the donor (n-type dopant) can be made uniform.
抵抗測定は表面の2点間で行うのでSiドーピングの影響が強く出る。しかしn型基板としてデバイスをその上に作る場合、電流は上下に流れるので酸素濃度が強く効いてくる。離れた2点間で測定するから、比抵抗値は局所的な揺らぎを横方向に平均化したものである。それでも上下方向の比抵抗と横方向比抵抗は違う。表面で比抵抗を測定するとII型の場合は酸素ドープ、Siドープの影響が両方現れる。表面がC面のI型の場合はSiドープされた部分が大きく寄与する。だからI型はSiドープ量にほぼ比例して導電性が高く(比抵抗が低く)なる。
Siドープが少ない場合I型は表面比抵抗が高くなる。しかしそれは表面だけのことで内部には酸素がドープされているから上下方向の導電性は高い。
I型も内部ではHZYZHZYZ…構造をとるので内部応力を緩和できる。クラック発生率を低くすることができる。
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。
Since resistance measurement is performed between two points on the surface, the influence of Si doping is strong. However, when a device is formed on the n-type substrate, the current flows up and down, so that the oxygen concentration is strong. Since the measurement is performed between two distant points, the specific resistance value is obtained by averaging local fluctuations in the horizontal direction. Still, the specific resistance in the vertical direction is different from the specific resistance in the lateral direction. When the resistivity is measured on the surface, both the effects of oxygen doping and Si doping appear in the case of type II. In the case of a C-plane I-type surface, the Si-doped portion contributes greatly. Therefore, the I type has high conductivity (low specific resistance) almost in proportion to the Si doping amount.
When there is little Si dope, type I has a high surface resistivity. However, it is only the surface and the inside is doped with oxygen, so the conductivity in the vertical direction is high.
Since the I type also has an HZYZHZYZ... Structure inside, the internal stress can be relaxed. The crack generation rate can be lowered.
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)。これは初めはファセット成長する。露呈部Eの上で結晶成長が始まり露呈部Eの端からファセットができ被覆部の上は成長開始が遅れる。露呈部Eに低欠陥単結晶領域ZとC面成長領域Yができる。被覆部Mの上に結晶欠陥集合領域Hができる。ファセット成長するのでファセットF(F面)に酸素が吸収される。SiもファセットFに入る。Siと酸素が両方平行してF面にドープされる。被覆部Mの上に結晶欠陥集合領域Hができ成長の終わりに近づいてC面成長に変わってくるが最後までファセットが残っている。C面にはSiが入って行く。ドーパントの分布がより均一化される。HZYZHZYZ…の構造を持ち内部応力を減少させクラック発生率を下げることができる。 At 5/3 group ratio b = 1 to 10 and a substrate temperature close to 1080 ° C. (1070 ° C. to 1090 ° C.), a crystal having a trapezoidal apex in which type I and type II are mixed is formed (FIG. 24). This grows facet initially. Crystal growth starts on the exposed portion E, facets are formed from the end of the exposed portion E, and the growth start is delayed on the covering portion. A low-defect single crystal region Z and a C-plane growth region Y are formed in the exposed portion E. A crystal defect gathering region H is formed on the covering portion M. Since facet growth occurs, oxygen is absorbed by facet F (F plane). Si also enters facet F. Both F and Si are doped in parallel with Si and oxygen. A crystal defect gathering region H is formed on the covering portion M and changes to C-plane growth approaching the end of growth, but facets remain until the end. Si enters the C side. The dopant distribution is made more uniform. It has a structure of HZYZHZYZ... And can reduce internal stress and lower the crack generation rate.
II型、I型、混合型の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1090〜1150℃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。
Three cross-sectional views (FIGS. 20, 21, and 24) of type II, type I, and mixed type are shown. However, a phase transition in which the cross-sectional shape suddenly changes at a certain temperature does not occur. / The cross-sectional shape continuously changes depending on the
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、最終的には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 in the end.
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Si,O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 a Si / O-doped nitride semiconductor with a low 5/3 group ratio b and a high growth temperature.
Siと酸素を二重にドープしたのでSiがC面に入りF面の酸素と相まって均一性の高いドナー濃度分布を形成し、比抵抗rが10−2Ωcm以下の導電性窒化物半導体基板を得ることができる。比抵抗rの下限を0.0015Ωcmまで押し下げることができる。本発明の基板の比抵抗範囲は0.0015Ωcm≦r≦0.01Ωcmである。 Since Si and oxygen are doubly doped, Si enters the C plane and forms a highly uniform donor concentration distribution together with oxygen on the F plane, and a conductive nitride semiconductor substrate having a specific resistance r of 10 −2 Ωcm or less. Obtainable. The lower limit of the specific resistance r can be pushed down to 0.0015 Ωcm. The specific resistance range of the substrate of the present invention is 0.0015 Ωcm ≦ r ≦ 0.01 Ωcm.
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。つまりZYZHZYZ…の異質の相が順に並ぶような構造ができる。それが内部応力を緩和するので、反りUが少ない結晶を得ることができる。反りの曲率半径は3.5m≦U≦8mとすることができる。 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. That is, a structure in which different phases of ZYZHZYZ. Since it relieves internal stress, a crystal with less warpage U can be obtained. The curvature radius of warpage can be 3.5 m ≦ U ≦ 8 m.
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。クラック発生率Kは1%≦K≦22%とすることができる。 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 is obtained. The crack occurrence rate K can be 1% ≦ K ≦ 22%.
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
n型基板用の結晶を成長させる場合、n型基板は高密度電流が流れるので転位が増殖する恐れがある。それを避けるため転位密度が低いことが望ましい。ファセット成長の直接の利点は転位密度を減らすということである。しかしファセット成長法の利点はそれだけではない。 When growing a crystal for an n-type substrate, a high-density current flows through the n-type substrate, so that dislocations may proliferate. In order to avoid this, it is desirable that the dislocation density is low. A direct advantage of facet growth is that it reduces the dislocation density. But that is not the only advantage of the faceted growth method.
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。特許文献1、2、3のC面成長法は同一の結晶構造が存在するだけなので、応力緩和という作用はあまりない。表面平坦の結晶は反り曲率半径が数10cmでクラック発生率100%で研磨できない。表面荒れの結晶は反りが1m程度のものもあり研磨可能なものもあるが、やはりクラック発生率が高くて使いものになり難い。
In the facet growth methods of
それで本発明は、n型不純物ドープの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マスク端からファセットを強制的に作り出し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。これは必ずファセットを作るのでファセットを埋め込まないように最後まで維持するようにすれば、マスク上の部分へ転位を集結させマスク上に結晶欠陥集合領域Hを形成し、その他の部分の転位密度を減らすことができる。
Therefore, the present invention also uses the facet growth method when making an n-type impurity-doped GaN crystal. Some facet growth methods do not have a mask as in
特許文献9、10に示された周期の大きい露呈部の広いマスクを使う方法でファセット成長させると、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とが交替する構造ができ、内部応力を緩和できる。
When facet growth is performed by a method using a mask with a large exposed portion having a large period as shown in
周期の大きい露呈部の広いマスクを付けファセット成長する手法は転位密度減少、反り減少、クラック発生防止という優れた効果があることが分かった。
高導電性GaN結晶を製造するためには、n型不純物を高濃度にドーピングしなければならない。単結晶構造に高濃度に不純物をドープすると強い内部応力が発生し反りが増大し破壊され易くなり転位も増える。ファセット成長法はHZYZH…構造という複合構造を作り高濃度不純物添加による内部応力を減殺できるであろう。
It has been found that the facet growth method with a mask with a large exposed part having a large period has excellent effects of reducing dislocation density, reducing warpage, and preventing cracks.
In order to manufacture a highly conductive GaN crystal, an n-type impurity must be doped at a high concentration. When a single crystal structure is doped with an impurity at a high concentration, a strong internal stress is generated, the warpage is increased, the element is easily broken, and dislocations are increased. The facet growth method will be able to reduce the internal stress caused by the addition of high-concentration impurities by creating a composite structure of HZYZH ... structure.
ファセット成長法はn型導電性結晶を作る場合にも有用だろうと予想される。しかしn型高導電性結晶を作るという観点に立つとファセット成長法には思わぬ欠点があった。特許文献6は酸素がGaNの中でドナーを形成しn型結晶を作るということを初めて明らかにした。安全な水を使ってn型不純物(O)をドープでき活性化率も100%近いということが分かったからである。ところが特許文献7は酸素のドーピングに強い面方位依存性のあることを発見している。ファセットを通じて酸素は入るがC面には酸素は殆ど入らないという面方位選好性である。ファセット成長法で酸素ドープn型結晶を作ると全部がファセット面(F面)でなくC面が混ざっている。F面の下は高導電性、C面の下は高抵抗ということになる。ファセット成長させると、酸素ドーピング量に局所的な大きい揺らぎが発生するのである。
It is expected that the facet growth method will also be useful when making n-type conductive crystals. However, from the viewpoint of producing an n-type highly conductive crystal, the facet growth method has an unexpected defect.
GaAs、サファイヤなど異種下地基板を使う場合はc軸方向の成長をするので、ファセット成長といってもどこかにC面が発生することがある。C面の下の領域を単結晶低転位余領域Y或いはC面成長領域Yと呼ぶが、これは酸素が入らず高抵抗となる。ファセット成長法によってHZYZHZYZH…構造を作ると、HとZは酸素が入って高導電性に、Yは酸素が入らず高抵抗になる。抵抗率が局所的、周期的に変動する。
これは問題である。しかもこの問題は、酸素をn型不純物とし、ファセット成長法を採用することから初めて発生する問題である。GaN薄膜のn型不純物として専ら使われるのはSiである。Siをn型ドーパントとしC面成長させる通常の手法では起こらない問題である。
When different types of base substrates such as GaAs and sapphire are used, the growth is performed in the c-axis direction. The region below the C plane is referred to as a single crystal low dislocation residual region Y or a C plane growth region Y, which does not contain oxygen and has a high resistance. When the HZYZHZYZH... Structure is made by the facet growth method, H and Z contain oxygen and become highly conductive, and Y becomes oxygen and no resistance. The resistivity varies locally and periodically.
This is a problem. Moreover, this problem occurs for the first time because oxygen is used as an n-type impurity and the facet growth method is employed. Si is exclusively used as the n-type impurity of the GaN thin film. This is a problem that does not occur in the usual method of growing C-plane using Si as an n-type dopant.
そこで本発明では、ファセット成長させながら酸素とシリコンを同時にドープするようにした。シリコンにC面選好性があれば酸素のF面選好性と打ち消し合って均一濃度ドナー分布を巧みに形成できる筈である。しかし本発明者の数多い実験によると、シリコンには面方位依存性がなくてC面にもF面にも同じように入ってゆくことが分かった。するとシリコン(Si)と酸素(O)を同時ドープするとF面にはSiとOが、C面にはSiが入り、全ての表面からn型不純物を添加できる。C面下地基板(サファイヤ、GaN)や(111)GaAs基板の場合ファセット成長させるとHZYZHZ…構造ができるが、YもSiが入って低抵抗になる。高抵抗領域が消去されることになる。高抵抗領域が無くなるから伝導率の局所揺らぎが小さくなりn型高導電性基板として用いることができる。 Therefore, in the present invention, oxygen and silicon are simultaneously doped while facet growing. If silicon has a C-plane preference, it should be able to counteract with the F-plane preference of oxygen and skillfully form a uniform concentration donor distribution. However, according to many experiments by the present inventors, it has been found that silicon does not depend on the plane orientation and enters the C plane and the F plane in the same way. Then, when silicon (Si) and oxygen (O) are simultaneously doped, Si and O enter the F surface and Si enters the C surface, and n-type impurities can be added from all surfaces. In the case of a C-plane underlying substrate (sapphire, GaN) or (111) GaAs substrate, if facet growth is performed, an HZYZHZ... Structure is formed, but Y also contains Si and has a low resistance. The high resistance region will be erased. Since the high resistance region is eliminated, the local fluctuation of the conductivity is reduced and the substrate can be used as an n-type highly conductive substrate.
本発明は、酸素、シリコン2重ドーピングということとファセット成長ということのふたつの特質がある。ファセット成長については詳しく述べたのでドーピングについて説明する。窒化物半導体の酸素、シリコン2重ドーピングというのはこれまで類例がない。文献を見つけることができなかった。 The present invention has two characteristics: oxygen and silicon double doping and facet growth. Since facet growth has been described in detail, doping will be described. The double doping of oxygen and silicon in a nitride semiconductor is unprecedented. I could not find the literature.
ある元素がGaNや窒化物半導体に対しn型であるというのとn型ドーパントとして利用できるというのは違う。n型不純物は酸素、シリコン以外に炭素などいくつか存在する。しかしそれらがn型ドーパントとして利用できるとは限らない。シリコンと酸素が共存すると結晶の中で干渉し合って抑制牽制し合うかも知れない。シリコンが共在することによって酸素は浅いドナーを作らないかも知れない。反対に酸素が存在するのでシリコンはドナーを形成できないかも知れない。ドナーレベルができても、酸素が放出したn型キャリヤをシリコンが捕獲するかも知れない。つまり相互作用による牽制があるかも知れない。そうなると2種類のn型不純物をドープすることによって導電性を高めることができない。 A certain element is different from being n-type with respect to GaN or nitride semiconductor and being usable as an n-type dopant. There are some n-type impurities such as carbon in addition to oxygen and silicon. However, they are not always available as n-type dopants. If silicon and oxygen coexist, they may interfere with each other in the crystal and suppress each other. Oxygen may not make a shallow donor due to the coexistence of silicon. Conversely, silicon may not be able to form a donor due to the presence of oxygen. Even if the donor level is achieved, silicon may capture n-type carriers released by oxygen. In other words, there may be checks by interaction. If so, the conductivity cannot be increased by doping two kinds of n-type impurities.
2種類のn型不純物の間に干渉がなくて独立しており、それぞれがn型キャリヤを一つずつ出すとしても、活性化率が異なるだろうからその効果は同じでない筈である。電子電荷をeとし、n型キャリヤの移動度をμ、n型キャリヤ(自由電子)の濃度をnとすると導電率σはσ=nμeと書く事ができる。酸素、シリコンの活性化率をMo、Msとする。酸素濃度を[O]、シリコン濃度を[Si]とすると、シリコン、酸素が独立として、n=Mo[O]+Ms[Si]であるから、導電率σ=μe(Mo[O]+Ms[Si])というように象徴的に書ける。比抵抗rで表現するとr=1/σ=1/μe(Mo[O]+Ms[Si])となる。逆に言えば、酸素濃度[O]とシリコン濃度[Si]と比抵抗rが上のような関係にあれば、SiとOは干渉がなく、打ち消し合わず牽制せず、互いに独立だということである。 There is no interference between the two types of n-type impurities and they are independent, and even if each emits one n-type carrier, the activation rate will be different, so the effect should not be the same. If the electron charge is e, the mobility of n-type carriers is μ, and the concentration of n-type carriers (free electrons) is n, the conductivity σ can be written as σ = nμe. The activation rates of oxygen and silicon are Mo and Ms. When the oxygen concentration is [O] and the silicon concentration is [Si], since silicon and oxygen are independent, n = Mo [O] + Ms [Si], conductivity σ = μe (Mo [O] + Ms [Si] ]) Can be written symbolically. When expressed by a specific resistance r, r = 1 / σ = 1 / μe (Mo [O] + Ms [Si]). In other words, if the oxygen concentration [O], the silicon concentration [Si], and the specific resistance r are in the above relationship, Si and O do not interfere with each other, do not cancel each other, do not check, and are independent from each other. It is.
酸素、シリコン濃度はSIMS(Secondary Ion Mass Spectrometer、二次イオン質量分析計)によって試料のC面、F面のある一点について測定する。濃度の揺らぎがあるから測定点の取り方によって測定値が異なる恐れがある。比抵抗は表面の2点間の抵抗を測定することによって求める。比抵抗はZHZYZH…の構造を横切る電流について求められる。Z、Hと、Yは比抵抗が異なるので測定された比抵抗は、Z、HとYの比抵抗の重み付き平均となる。Y単独の比抵抗、Z単独の比抵抗が分からない。 The oxygen and silicon concentrations are measured at a certain point on the C-plane and F-plane of the sample by SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometer). Since there are fluctuations in concentration, the measured values may differ depending on how the measurement points are taken. The specific resistance is determined by measuring the resistance between two points on the surface. The specific resistance is determined for the current across the structure of ZHZYZH. Since the specific resistances of Z, H, and Y are different, the measured specific resistance is a weighted average of the specific resistances of Z, H, and Y. The specific resistance of Y alone and the specific resistance of Z alone are not known.
HとZは同じ比抵抗を持ちH<<Zなので、抵抗測定の2点間にある(H+Z)の幅と、Yの幅の比率をz:yで表現する。y+z=1と正規化する。Zでの酸素、シリコン濃度を[O]z,[Si]zとし、Yでの酸素、シリコン濃度を[O]y,[Si]yとすると、測定された比抵抗rは、
r=(1/μe){z/(Mo[O]z+Ms[Si]z)+y/(Mo[O]y+Ms[Si]y)}
というように書ける。本発明者の実験によって、SiはC面もF面も同じように入って行く事が分かった。C面を通ったものはYに、F面を通ったものはZに入る。だからそれは[Si]z=[Si]yということである。本発明者の実験によって酸素はF面には入るが、C面には入らないということが分かった。それは特許文献7のいう50倍程度の違いではない。それは[O]y=0だということである。その2つの特性が分かってみると上の比抵抗の式はより簡略化される。[Si]z=[Si]y=[Si]と書き、[O]z=[O]と書くと、
r=(1/μe){z/(Mo[O]+Ms[Si])+y/(Ms[Si])}
このように書いてみると本発明の酸素、シリコン濃度と比抵抗の関係がより直観的に分かってくる。
Since H and Z have the same specific resistance and H << Z, the ratio of the width of (H + Z) between two points of resistance measurement and the width of Y is expressed by z: y. Normalize as y + z = 1. When the oxygen and silicon concentrations in Z are [O] z and [Si] z and the oxygen and silicon concentrations in Y are [O] y and [Si] y , the measured specific resistance r is
r = (1 / μe) {z / (Mo [O] z + Ms [Si] z ) + y / (Mo [O] y + Ms [Si] y )}
It can be written as follows. According to the experiments by the present inventors, it was found that Si enters the C surface and the F surface in the same way. Those passing through the C plane enter Y, and those passing through the F plane enter Z. So it is [Si] z = [Si] y . It has been found by experiments of the present inventor that oxygen enters the F plane but does not enter the C plane. That is not the difference of about 50 times as described in
r = (1 / μe) {z / (Mo [O] + Ms [Si]) + y / (Ms [Si])}
When written in this way, the relationship between the oxygen and silicon concentrations of the present invention and the specific resistance becomes more intuitive.
比抵抗rの小さい物、導電率σの高い物が(rσ=1)n型基板として望まれる。[O]、[Si]が決まっている時、上の式からz:y=1:0の場合最も比抵抗が低くなる。つまり全面をF面で覆うのが良いということである。それは最後までファセットを維持しながら成長させるということである。C面成長領域Yをできるだけ作らないということである。 A material having a small specific resistance r and a material having a high electrical conductivity σ is desired as the (rσ = 1) n-type substrate. When [O] and [Si] are determined, the specific resistance is lowest when z: y = 1: 0 from the above formula. In other words, it is better to cover the entire surface with the F surface. It is to grow while maintaining facets until the end. This means that the C-plane growth region Y is not made as much as possible.
II型はそれに適合する。図20のように最後まで山谷構造を維持しており低欠陥単結晶領域Zが優越している。後に実験結果を示すが、I型(平坦)よりもII型(山谷)の方が比抵抗は低くなる傾向にある。 Type II fits that. As shown in FIG. 20, the valley-and-valley structure is maintained until the end, and the low-defect single crystal region Z is superior. As will be shown later, the specific resistance of the type II (Yamatani) tends to be lower than the type I (flat).
II型といってもドットマスクの場合は幾何学的制約からC面成長領域Yを0にすることはできない。マスクの中間部に必ずC面成長領域Yが発生する。それが比抵抗を上げるように作用する。II型でストライプマスクの場合は平行被覆なのでYを0にすることができる。だからII型でストライプマスクの場合、最も低い比抵抗の結晶を作る事ができる筈である。 Even if it is called type II, in the case of a dot mask, the C-plane growth region Y cannot be made zero due to geometric constraints. The C-plane growth region Y always occurs in the middle part of the mask. It acts to increase the specific resistance. In the case of the II type stripe mask, Y can be set to 0 because it is a parallel coating. Therefore, in the case of a type II stripe mask, a crystal with the lowest specific resistance should be made.
低比抵抗、高導電性のn型結晶を作るにはII型が適しているということが分かる。それは[O]、[Si]が決まっている時に最小の比抵抗を与えるからである。II型は5/3族比bが1〜10で、温度が1040℃〜1080℃で作ることができる。
しかしドットマスクは強度の異方性がないのでクラック発生率が少ないという利点がある。
It can be seen that type II is suitable for producing a low resistivity, high conductivity n-type crystal. This is because the minimum specific resistance is given when [O] and [Si] are determined. Type II can be produced at 5/3 group ratio b of 1 to 10 and temperatures of 1040 ° C to 1080 ° C.
However, since the dot mask has no strength anisotropy, it has the advantage of a low crack generation rate.
最後までファセット構造を維持するII型には反面、欠点がある。ファセットは{11−22}、{1−101}、{11−21}、{1−102}などの場合があるが、大体C面に対して50゜〜60゜程度の急峻な角度Υをなす。露呈部Eの幅wで山を作るので、山の高さは(w/2)tanΥである。例えばΥ=55゜とするとtanΥ=1.43であるから、山の高さは0.71wとなる。wが大きくて1500μm=1.5ミリの場合、山の高さは1mmにもなる。山の部分は研削して落とし平坦にしてから研磨して基板とする。だから山は無駄になる。最後まで高いファセットを維持するII型は無駄になる部分が多いという欠点がある。 On the other hand, Type II, which maintains the facet structure until the end, has drawbacks. The facets may be {11-22}, {1-101}, {11-21}, {1-102}, etc., but generally have a steep angle の of about 50 ° to 60 ° with respect to the C plane. Eggplant. Since the mountain is made with the width w of the exposed portion E, the height of the mountain is (w / 2) tan Υ. For example, if Υ = 55 °, tan Υ = 1.43, so the height of the mountain is 0.71w. When w is large and 1500 μm = 1.5 mm, the height of the mountain is 1 mm. The crest portion is ground and flattened, and then polished to form a substrate. So the mountains are wasted. Type II, which maintains a high facet until the end, has the disadvantage that many parts are wasted.
そういう点から考えると最終的には平坦なC面をもって成長するI型は無駄になる部分が少なくてより経済的だという利点がある。I型は5/3族比bが1〜10で、温度が1080℃〜1150℃で作ることができる。平坦C面といっても、特許文献2、3のC面成長(ファセット成長でない。1030℃以下)とは違い、反りは少なくクラック発生率も低く基板に造形することができる。理想的なI型はz:y=0:1なので、[O]、[Si]が決まっている時、I型の比抵抗は大きくなる。比抵抗が大きいといってもそれは表面のことで深さ方向には比抵抗は小さい。デバイスの基板として使う場合、電流は上下方向に流れる。だから縦方向の比抵抗が低いということが重要である。I型は初めはファセット成長し初期には酸素が大量にドープされるので深さ方向(上下方向)の導電性は十分に高い。
From this point of view, the type I that eventually grows with a flat C-plane has the advantage that it has less waste and is more economical. Type I can be produced at a 5/3 group ratio b of 1 to 10 and a temperature of 1080 to 1150 ° C. Even if it says a flat C surface, unlike C surface growth (it is not facet growth, 1030 degreeC or less) of
1070℃〜1090℃で作られる混合型(図24)は両方の長所と短所を持っている。比抵抗は中程度であり、研削によって無駄になる高さも中程度である。反りやクラック発生率も中間的である。 The mixed mold made at 1070 ° C. to 1090 ° C. (FIG. 24) has both advantages and disadvantages. The specific resistance is medium, and the height that is wasted by grinding is also medium. Warpage and crack generation rates are also intermediate.
(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SiO2であり厚みは60nm〜200nmである。マスクの寸法(s,w,p)範囲は、10μm≦s≦100μm、250μm≦w≦10000μmである。個々の試料のマスク寸法形状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。異なる試料の数は45である。初めの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 dimensions (s, w, p) of the mask are 10 μm ≦ s ≦ 100 μm and 250 μm ≦ w ≦ 10000 μm. The mask dimension shape of each sample 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 number of different samples is 45. The conditions of the first 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)
NH3分圧 PNH3=16kPa ( 0.16atm )
バッファ層膜厚 50nm
Conditions for buffer layer growth
GaCl partial pressure P GaCl = 80 Pa (0.0008 atm)
NH 3 partial pressure P NH3 = 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。つまりドナー密度Dというのはドナー準位を作るシリコンと酸素の濃度ということである。酸素濃度[O]、シリコン濃度[Si]共にSIMS (Secondary Ion Mass Spectrosmeter)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. In other words, the donor density D is the concentration of silicon and oxygen that form the donor level. Both the oxygen concentration [O] and the silicon concentration [Si] were measured by SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometer).
基板の反りUは曲率半径(m)で表現する。曲率はその逆数U−1(m−1)である。曲率半径が小さいほど反りは大きい。直径Dのウエハの中央の隆起hで反りを表現することもあるが二次曲線近似の範囲でh=D2/8Uの関係がある。2インチウエハなら(D=50mm)、h(μm)=312/U(m)である。 The warpage U of the substrate is expressed by a radius of curvature (m). The curvature is its reciprocal U −1 (m −1 ). The smaller the radius of curvature, the greater the warp. The warp may be expressed by a bulge h at the center of the wafer of diameter D, but there is a relationship of h = D 2 / 8U in the range of quadratic curve approximation. For a 2-inch wafer (D = 50 mm), h (μm) = 312 / U (m).
マスクの寸法、形状、成長温度、NH3分圧、GaCl分圧、SiH4分圧、水の添加量を変えてたくさんの実験を繰り返し行った。基板寸法は試料1だけ18mm角、試料3は直径3インチ(75mm)で、それ以外は2インチ(50mm)直径円型基板である。
Many experiments were repeated by changing the mask size, shape, growth temperature, NH 3 partial pressure, GaCl partial pressure, SiH 4 partial pressure, and the amount of water added. The substrate dimensions are 18 mm square for
ここで45個の試料について述べる。それぞれ試料に1〜45の通し番号を付ける。1〜39は本発明の実施例である。試料40〜45は比較例である。試料1〜39の実施例の内、試料1〜24はI型(平坦表面)である。I型の場合は表面は平坦で露出しているのはC面である。だからC面での酸素濃度OCとSi濃度SiCを測定した。試料25〜39はII型(山形)である。II型の場合、表面は凹凸があり傾斜面と平坦面がある。傾斜面はファセット面F(F面と呼ぶこともある)である。平坦面はC面である。両方の面での酸素(O)濃度と、Si濃度が異なるから両方の面(C,F)での酸素濃度、Si濃度を測定した。C面での酸素濃度をOCとし、Si濃度をSiCとする。F面での酸素濃度をOF、Si濃度をSiFとする。
Here, 45 samples are described. A serial number from 1 to 45 is assigned to each sample. 1-39 are examples of the present invention.
先述の記号と比定すると、OC=[O]y、SiC=[Si]y、OF=[O]z、SiF=[Si]zである。試料1〜18、25〜36はストライプ(平行縞)マスクを付けたものである。この場合sはマスク被覆部の幅を意味し、wはマスクの横方向の間隔を意味する。s+wがピッチPである。試料19〜24、37〜39はドットマスク(孤立点状)を下地基板に付けたものである。この場合sは点状マスクの直径を、wは最近接マスク間隔を意味する。正六角形の中心と頂点の位置に点マスクがありその繰り返しであるから、s、wだけでドットマスクを完全に定義できる。
In comparison with the above-mentioned symbols, O C = [O] y , Si C = [Si] y , O F = [O] z , and Si F = [Si] z .
比較例40〜43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(全体でC面成長)させている。比較例40〜43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。比較例44〜45はSi原料ガスを与えずに本発明と同じ条件で成長させたもので、C面の比抵抗が高すぎてn型基板として使えない。比較例44、45は酸素だけではだめでSiを含む原料ガスが必要だということを示す。 In Comparative Examples 40 to 43, the mask is not attached to the base substrate, but the crystal is vapor-phase grown (C-plane growth as a whole) directly on the flat base substrate. Comparative Examples 40 to 43 were not specifically used in the prior art because they were specifically experimented to confirm the influence of the mask. Comparative Examples 44 to 45 were grown under the same conditions as the present invention without supplying Si source gas, and the specific resistance of the C plane was too high to be used as an n-type substrate. Comparative examples 44 and 45 show that oxygen alone is not sufficient, and a source gas containing Si is necessary.
表1でコアというのは被覆部又は被覆部の上に成長した結晶を意味する。表1に、試料番号、パターン、コア間隔w(μm)、コア幅s(μm)、成長温度Tq(℃)、PGa(GaCl分圧PGaCl;kPa)、PN(アンモニア分圧PNH3;kPa)、基板寸法(mm)又はインチ(″)、厚み(μm)、コアの種類(マスク上に形成される部分の結晶種類:反転層J、多結晶層Pまたは傾斜層A)、結晶面タイプ(I型又はII型)、C面部でのSi密度SiC(cm−3)、C面部での酸素密度OC(cm−3)、ファセット面FでのSi密度SiF(cm−3)、ファセット面Fでの酸素密度OF(cm−3)、比抵抗(Ωcm)、クラック発生率K(%)及び反りの曲率半径U(m)を示す。反りの曲率半径は簡単に反りUと表現することもあるがそれは曲率半径のことで値が大きいほど反りは僅かである。
n型不純物としての酸素は水を原料ガスのどれかに加えることによって与える。シリコンはSiH4ガスで与える。水の添加量、SiH4ガスの分圧を様々に変化させている。これらは微量であり測定が難しい。それもあって測定しておらず表1に記載していない。基板温度Tq、被覆部のs、w、p、NH3、GaCl分圧が等しくても、水添加量、SiH4分圧が違うので、Si、Oドープ量、比抵抗r、反りU、クラック発生率Kは試料毎に異なる。
In Table 1, the core means a coating or a crystal grown on the coating. Table 1 shows the sample number, pattern, core interval w (μm), core width s (μm), growth temperature Tq (° C.), P Ga (GaCl partial pressure P GaCl ; kPa), P N (ammonia partial pressure P NH3 KPa), substrate dimensions (mm) or inches (″), thickness (μm), core type (crystal type of the portion formed on the mask: inversion layer J, polycrystalline layer P or inclined layer A), crystal Surface type (type I or type II), Si density Si C (cm −3 ) at the C plane, oxygen density O C (cm −3 ) at the C plane, Si density Si F (cm − at the facet plane F) 3 ) Oxygen density O F (cm −3 ), specific resistance (Ωcm), crack occurrence rate K (%), and curvature radius U (m) of warpage are shown. Although it is sometimes expressed as warp U, it is a radius of curvature and has a large value. As the warp is slight.
Oxygen as an n-type impurity is provided by adding water to any of the source gases. Silicon is provided by SiH 4 gas. The amount of water added and the partial pressure of the SiH 4 gas are varied. These are very small and difficult to measure. For that reason, it was not measured and not listed in Table 1. Even if the substrate temperature Tq and the s, w, p, NH 3 , and GaCl partial pressures of the coating are the same, the amount of water added and the SiH 4 partial pressure are different, so the Si, O doping amount, specific resistance r, warpage U, cracks The incidence K varies from sample to sample.
[試料1(実施例;ストライプ;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(コア)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=1100℃、NH3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 1 (Example; stripe; type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 500 μm and a mask (core) width of s = 50 μm was formed on an 18 mm square GaAs substrate. A feature of
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。I型だから表面は平坦でC面だけが露出している。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。C面成長したので酸素の取り込み量が少ない。比抵抗は9×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く十分に導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーは主にSiである。クラック発生率Kは1%であった。クラック発生率Kは極めて低い。全試料の中で最小である。反りはU=8mである。反りは極めて小さい。優れた導電性GaN基板である。 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. Since it is I type, the surface is flat and only the C surface is exposed. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. Since the C plane has grown, the oxygen uptake is small. The specific resistance was 9 × 10 −3 Ωcm. The specific resistance was low and the substrate was sufficiently conductive. The donor generating n-type carriers (conducting electrons) is mainly Si. The crack occurrence rate K was 1%. The crack occurrence rate K is extremely low. The smallest of all samples. Warpage is U = 8 m. The warpage is extremely small. It is an excellent conductive GaN substrate.
[試料2(実施例;ストライプ;I型)]
2インチ(50mm)直径の円形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。直径2インチの円形GaAs基板は容易に入手できる。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=1100℃、NH3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; stripe; 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 circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). A 2 inch diameter circular GaAs substrate is readily available. 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。I型だから表面は平坦でC面だけが露出している。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。C面成長したので酸素の取り込み量が少ない。比抵抗は9×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く十分に導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーは主にSiである。クラック発生率Kは7%であった。クラック発生率Kは低い。反りはU=6.2mである。反りは小さい。優れた導電性GaN基板である。 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. Since it is I type, the surface is flat and only the C surface is exposed. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. Since the C plane has grown, the oxygen uptake is small. The specific resistance was 9 × 10 −3 Ωcm. The specific resistance was low and the substrate was sufficiently conductive. The donor generating n-type carriers (conducting electrons) is mainly Si. The crack occurrence rate K was 7%. Crack generation rate K is low. Warpage is U = 6.2 m. Warpage is small. It is an excellent conductive GaN substrate.
[試料3(実施例;ストライプ;I型)]
直径3インチ(75mm)の円形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。広い3インチGaNウエハを下地基板としたのが試料3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=1100℃、NH3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; stripe; 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 circular GaAs substrate having a diameter of 3 inches (75 mm). A feature of
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。I型だから表面は平坦でC面だけが露出している。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。C面成長したので酸素の取り込み量が少ない。比抵抗は9×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く十分に導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーは主にSiである。クラック発生率Kは12%であった。クラック発生率Kは低い。反りはU=5.2mである。反りは小さい。面積の広い優れた導電性GaN基板である。 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. Since it is I type, the surface is flat and only the C surface is exposed. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. Since the C plane has grown, the oxygen uptake is small. The specific resistance was 9 × 10 −3 Ωcm. The specific resistance was low and the substrate was sufficiently conductive. The donor generating n-type carriers (conducting electrons) is mainly Si. The crack occurrence rate K was 12%. Crack generation rate K is low. Warpage is U = 5.2 m. Warpage is small. It is an excellent conductive GaN substrate having a large area.
[試料4(実施例;ストライプ;I型)]
直径2インチ(50mm)の円形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。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℃、NH3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。GaCl分圧の高いのが試料4の特徴である。
[Sample 4 (Example; stripe; 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 circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). 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 = 10 kPa (0.1 atm) until the thickness reached 400 μm or more. A characteristic of the
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=1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。I型だから表面は平坦でC面だけが露出している。C面でのSi密度はSiC=1×1019cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=104である。C面成長したので酸素の取り込み量が少ない。比抵抗は4.7×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く十分に導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーは主にSiである。クラック発生率Kは15%であった。クラック発生率Kは低い。反りはU=5mである。反りは小さい。面積の広い優れた導電性GaN基板である。 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 = 1. 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. Since it is I type, the surface is flat and only the C surface is exposed. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 19 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . The Si / O ratio (q) on the C plane is q = 10 4 . Since the C plane has grown, the oxygen uptake is small. The specific resistance was 4.7 × 10 −3 Ωcm. The specific resistance was low and the substrate was sufficiently conductive. The donor generating n-type carriers (conducting electrons) is mainly Si. The crack occurrence rate K was 15%. Crack generation rate K is low. Warpage is U = 5 m. Warpage is small. It is an excellent conductive GaN substrate having a large area.
[試料5(実施例;ストライプ;I型)]
直径2インチ(50mm)の円形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。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℃、NH3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。
[Sample 5 (Example; stripe; 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 circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). 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 = 3.3 kPa (0.033 atm) until the thickness reached 400 μm or more.
5/3族比bはb=3である。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。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。I型だから表面は平坦でC面だけが露出している。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。C面成長したので酸素の取り込み量が少ない。比抵抗は9×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く十分に導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーは主にSiである。クラック発生率Kは13%であった。クラック発生率Kは低い。反りはU=6.2mである。反りは小さい。優れた導電性GaN基板である。 The 5/3 group ratio b is b = 3. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. 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. Since it is I type, the surface is flat and only the C surface is exposed. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. Since the C plane has grown, the oxygen uptake is small. The specific resistance was 9 × 10 −3 Ωcm. The specific resistance was low and the substrate was sufficiently conductive. The donor generating n-type carriers (conducting electrons) is mainly Si. The crack occurrence rate K was 13%. Crack generation rate K is low. Warpage is U = 6.2 m. Warpage is small. It is an excellent conductive GaN substrate.
[試料6(実施例;ストライプ;I型)]
直径2インチ(50mm)の円形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。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℃、NH3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 6 (Example; stripe; 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 circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。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。I型だから表面は平坦でC面だけが露出している。C面でのSi密度はSiC=1×1017cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=102である。C面成長したので酸素の取り込み量が少ない。比抵抗は1×10−2Ωcmであった。比抵抗は試料中一番高いがそれでも十分低く導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーは主にSiである。クラック発生率Kは3%であった。クラック発生率Kは極めて低い。反りはU=6.5mである。反りは小さい。優れた導電性GaN基板である。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. 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. Since it is I type, the surface is flat and only the C surface is exposed. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 17 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 2. Since the C plane has grown, the oxygen uptake is small. The specific resistance was 1 × 10 −2 Ωcm. Although the specific resistance was the highest among the samples, it was still a sufficiently low conductive substrate. The donor generating n-type carriers (conducting electrons) is mainly Si. The crack occurrence rate K was 3%. The crack occurrence rate K is extremely low. Warpage is U = 6.5 m. Warpage is small. It is an excellent conductive GaN substrate.
[試料7(実施例;ストライプ;I型)]
直径2インチ(50mm)の円形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。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℃、NH3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 7 (Example; stripe; 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 circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。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。I型だから表面は平坦でC面だけが露出している。C面でのSi密度はSiC=5×1019cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=5×104である。C面成長したので酸素の取り込み量が少ない。比抵抗は1.8×10−3Ωcmであった。比抵抗は極めて低く導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーは主にSiである。クラック発生率Kは17%であった。クラック発生率Kは十分に低い。反りはU=4.7mである。反りは十分に小さい。優れた導電性GaN基板である。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. 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. Since it is I type, the surface is flat and only the C surface is exposed. The Si density on the C plane is Si C = 5 × 10 19 cm −3 and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . The Si / O ratio (q) on the C plane is q = 5 × 10 4 . Since the C plane has grown, the oxygen uptake is small. The specific resistance was 1.8 × 10 −3 Ωcm. The specific resistance was extremely low and the substrate was conductive. The donor generating n-type carriers (conducting electrons) is mainly Si. The crack occurrence rate K was 17%. The crack occurrence rate K is sufficiently low. Warpage is U = 4.7 m. The warpage is small enough. It is an excellent conductive GaN substrate.
[試料8(実施例;ストライプ;I型)]
直径2インチ(50mm)の円形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。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℃、NH3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 8 (Example; stripe; 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 circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は多結晶層Pであった。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。I型だから表面は平坦でC面だけが露出している。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。C面成長したので酸素の取り込み量が少ない。比抵抗は9×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く十分に導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーは主にSiである。クラック発生率Kは9%であった。クラック発生率Kは低い。反りはU=6.2mである。反りは小さい。優れた導電性GaN基板である。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the polycrystalline layer P. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. Since it is I type, the surface is flat and only the C surface is exposed. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. Since the C plane has grown, the oxygen uptake is small. The specific resistance was 9 × 10 −3 Ωcm. The specific resistance was low and the substrate was sufficiently conductive. The donor generating n-type carriers (conducting electrons) is mainly Si. The crack occurrence rate K was 9%. Crack generation rate K is low. Warpage is U = 6.2 m. Warpage is small. It is an excellent conductive GaN substrate.
[試料9(実施例;ストライプ;I型)]
直径2インチ(50mm)の円形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。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℃、NH3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; stripe; 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 circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は傾斜層Aであった。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。I型だから表面は平坦でC面だけが露出している。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。C面成長したので酸素の取り込み量が少ない。比抵抗は9×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く十分に導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーは主にSiである。クラック発生率Kは11%であった。クラック発生率Kは低い。反りはU=6.2mである。反りは小さい。優れた導電性GaN基板である。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was graded layer A. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. Since it is I type, the surface is flat and only the C surface is exposed. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. Since the C plane has grown, the oxygen uptake is small. The specific resistance was 9 × 10 −3 Ωcm. The specific resistance was low and the substrate was sufficiently conductive. The donor generating n-type carriers (conducting electrons) is mainly Si. The crack occurrence rate K was 11%. Crack generation rate K is low. Warpage is U = 6.2 m. Warpage is small. It is an excellent conductive GaN substrate.
[試料10(実施例;ストライプ;I型)]
直径2インチ(50mm)の円形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=10μmの平行ストライプマスクを形成した。マスク幅sの極めて小さいことが試料10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=1100℃、NH3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 10 (Example; stripe; 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 circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). A characteristic of the
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。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。I型だから表面は平坦でC面だけが露出している。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。C面成長したので酸素の取り込み量が少ない。比抵抗は9×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く十分に導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーは主にSiである。クラック発生率Kは11%であった。クラック発生率Kは低い。反りはU=6.2mである。反りは小さい。優れた導電性GaN基板である。マスク幅が10μmというように狭くても所望の構造ができてn型導電性の基板を作ることができるということである。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. Since it is I type, the surface is flat and only the C surface is exposed. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. Since the C plane has grown, the oxygen uptake is small. The specific resistance was 9 × 10 −3 Ωcm. The specific resistance was low and the substrate was sufficiently conductive. The donor generating n-type carriers (conducting electrons) is mainly Si. The crack occurrence rate K was 11%. Crack generation rate K is low. Warpage is U = 6.2 m. Warpage is small. It is an excellent conductive GaN substrate. This means that even if the mask width is as narrow as 10 μm, a desired structure can be formed and an n-type conductive substrate can be produced.
[試料11(実施例;ストライプ;I型)]
直径2インチ(50mm)の円形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=25μmの平行ストライプマスクを形成した。マスク幅sの小さいことが試料11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=1100℃、NH3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 11 (Example; stripe; 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 circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). A characteristic of the
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。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。I型だから表面は平坦でC面だけが露出している。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。C面成長したので酸素の取り込み量が少ない。比抵抗は9×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く十分に導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーは主にSiである。クラック発生率Kは9%であった。クラック発生率Kは低い。反りはU=6.2mである。反りは小さい。優れた導電性GaN基板である。マスク幅が25μmというように狭くても所望の構造ができてn型導電性の基板を作ることができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. Since it is I type, the surface is flat and only the C surface is exposed. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. Since the C plane has grown, the oxygen uptake is small. The specific resistance was 9 × 10 −3 Ωcm. The specific resistance was low and the substrate was sufficiently conductive. The donor generating n-type carriers (conducting electrons) is mainly Si. The crack occurrence rate K was 9%. Crack generation rate K is low. Warpage is U = 6.2 m. Warpage is small. It is an excellent conductive GaN substrate. Even if the mask width is as narrow as 25 μm, a desired structure can be formed and an n-type conductive substrate can be made.
[試料12(実施例;ストライプ;I型)]
直径2インチ(50mm)の円形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=100μmの平行ストライプマスクを形成した。マスク幅sの広いことが試料12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=1100℃、NH3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 12 (Example; stripe; 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 circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). A characteristic of the sample 12 is that the mask width s is wide. 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。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。I型だから表面は平坦でC面だけが露出している。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。C面成長したので酸素の取り込み量が少ない。比抵抗は9×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く十分に導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーは主にSiである。クラック発生率Kは8%であった。クラック発生率Kは低い。反りはU=6.4mである。反りは小さい。優れた導電性GaN基板である。マスク幅が100μmというように広くても所望の構造ができてn型導電性の基板を作ることができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. Since it is I type, the surface is flat and only the C surface is exposed. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. Since the C plane has grown, the oxygen uptake is small. The specific resistance was 9 × 10 −3 Ωcm. The specific resistance was low and the substrate was sufficiently conductive. The donor generating n-type carriers (conducting electrons) is mainly Si. The crack occurrence rate K was 8%. Crack generation rate K is low. Warpage is U = 6.4 m. Warpage is small. It is an excellent conductive GaN substrate. Even if the mask width is as wide as 100 μm, a desired structure can be formed and an n-type conductive substrate can be made.
[試料13(実施例;ストライプ;I型)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ストライプマスク間隔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。ストライプコア(マスク)間隔wの小さいことが試料13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=1100℃、NH3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 13 (Example; stripe; type I)]
A parallel stripe mask having a stripe mask interval w of w = 250 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). A feature of the
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。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。I型だから表面は平坦でC面だけが露出している。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。C面成長したので酸素の取り込み量が少ない。比抵抗は9×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く十分に導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーは主にSiである。クラック発生率Kは6%であった。クラック発生率Kは非常に低い。反りはU=6.8mである。反りは小さい。優れた導電性GaN基板である。ストライプマスク間隔wが250μmというように狭くても所望の構造ができてn型導電性の基板を作ることができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. Since it is I type, the surface is flat and only the C surface is exposed. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. Since the C plane has grown, the oxygen uptake is small. The specific resistance was 9 × 10 −3 Ωcm. The specific resistance was low and the substrate was sufficiently conductive. The donor generating n-type carriers (conducting electrons) is mainly Si. The crack occurrence rate K was 6%. The crack occurrence rate K is very low. Warpage is U = 6.8 m. Warpage is small. It is an excellent conductive GaN substrate. Even if the stripe mask interval w is as small as 250 μm, a desired structure can be formed and an n-type conductive substrate can be manufactured.
[試料14(実施例;ストライプ;I型)]
直径2インチ(50mm)の円形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。ストライプコア間隔wの広いことが試料14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=1100℃、NH3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 14 (Example; stripe; type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 750 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). A characteristic of the
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。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。I型だから表面は平坦でC面だけが露出している。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。C面成長したので酸素の取り込み量が少ない。比抵抗は9×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く十分に導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーは主にSiである。クラック発生率Kは8%であった。クラック発生率Kは低い。反りはU=6.2mである。反りは小さい。優れた導電性GaN基板である。ストライプマスク間隔wが750μmというように広くても所望の構造ができてn型導電性の基板を作ることができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. Since it is I type, the surface is flat and only the C surface is exposed. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. Since the C plane has grown, the oxygen uptake is small. The specific resistance was 9 × 10 −3 Ωcm. The specific resistance was low and the substrate was sufficiently conductive. The donor generating n-type carriers (conducting electrons) is mainly Si. The crack occurrence rate K was 8%. Crack generation rate K is low. Warpage is U = 6.2 m. Warpage is small. It is an excellent conductive GaN substrate. Even if the stripe mask interval w is as wide as 750 μm, a desired structure can be formed and an n-type conductive substrate can be manufactured.
[試料15(実施例;ストライプ;I型)]
直径2インチ(50mm)の円形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。ストライプコア間隔wの広いことが試料15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=1100℃、NH3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 15 (Example; stripe; 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 circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). A characteristic of the
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。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。I型だから表面は平坦でC面だけが露出している。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。C面成長したので酸素の取り込み量が少ない。比抵抗は9×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く十分に導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーは主にSiである。クラック発生率Kは11%であった。クラック発生率Kは低い。反りはU=5.3mである。反りは小さい。優れた導電性GaN基板である。ストライプマスク間隔wが1000μm(1mm)というように広くても所望の構造ができてn型導電性の基板を作ることができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. Since it is I type, the surface is flat and only the C surface is exposed. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. Since the C plane has grown, the oxygen uptake is small. The specific resistance was 9 × 10 −3 Ωcm. The specific resistance was low and the substrate was sufficiently conductive. The donor generating n-type carriers (conducting electrons) is mainly Si. The crack occurrence rate K was 11%. Crack generation rate K is low. Warpage is U = 5.3 m. Warpage is small. It is an excellent conductive GaN substrate. Even if the stripe mask interval w is as wide as 1000 μm (1 mm), a desired structure can be formed and an n-type conductive substrate can be produced.
[試料16(実施例;ストライプ;I型)]
直径2インチ(50mm)の円形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。ストライプコア間隔wの広いことが試料16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=1100℃、NH3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 16 (Example; stripe; type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 1500 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). A feature of the
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。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。I型だから表面は平坦でC面だけが露出している。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。C面成長したので酸素の取り込み量が少ない。比抵抗は9×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く十分に導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーは主にSiである。クラック発生率Kは13%であった。クラック発生率Kは低い。反りはU=4.7mである。反りは十分に小さい。優れた導電性GaN基板である。ストライプマスク間隔wが1500μm(1.5mm)というように広くても所望の構造ができてn型導電性の基板を作ることができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. Since it is I type, the surface is flat and only the C surface is exposed. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. Since the C plane has grown, the oxygen uptake is small. The specific resistance was 9 × 10 −3 Ωcm. The specific resistance was low and the substrate was sufficiently conductive. The donor generating n-type carriers (conducting electrons) is mainly Si. The crack occurrence rate K was 13%. Crack generation rate K is low. Warpage is U = 4.7 m. The warpage is small enough. It is an excellent conductive GaN substrate. Even if the stripe mask interval w is as wide as 1500 μm (1.5 mm), a desired structure can be formed and an n-type conductive substrate can be produced.
[試料17(実施例;ストライプ;I型)]
直径2インチ(50mm)の円形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。ストライプコア間隔wの広いことが試料17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=1100℃、NH3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 17 (Example; stripe; 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 circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). A characteristic of the
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。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。I型だから表面は平坦でC面だけが露出している。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。C面成長したので酸素の取り込み量が少ない。比抵抗は9×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く十分に導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーは主にSiである。クラック発生率Kは17%であった。クラック発生率Kは十分に低い。反りはU=4.2mである。反りは十分に小さい。優れた導電性GaN基板である。ストライプマスク間隔wが2000μm(2.0mm)というように広くても所望の構造ができてn型導電性の基板を作ることができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. Since it is I type, the surface is flat and only the C surface is exposed. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. Since the C plane has grown, the oxygen uptake is small. The specific resistance was 9 × 10 −3 Ωcm. The specific resistance was low and the substrate was sufficiently conductive. The donor generating n-type carriers (conducting electrons) is mainly Si. The crack occurrence rate K was 17%. The crack occurrence rate K is sufficiently low. Warpage is U = 4.2 m. The warpage is small enough. It is an excellent conductive GaN substrate. Even if the stripe mask interval w is as wide as 2000 μm (2.0 mm), a desired structure can be formed and an n-type conductive substrate can be produced.
[試料18(実施例;ストライプ;I型)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ストライプコア間隔wがw=10000μm、マスク幅がs=50μmの平行ストライプマスクを形成した。ストライプコア間隔wの広いことが試料18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=1100℃、NH3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 18 (Example; stripe; type I)]
A parallel stripe mask having a stripe core interval w of w = 10000 μm and a mask width of s = 50 μm was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). A characteristic of the
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。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。I型だから表面は平坦でC面だけが露出している。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。C面成長したので酸素の取り込み量が少ない。比抵抗は9×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く十分に導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーは主にSiである。クラック発生率Kは22%であった。クラック発生率Kは十分低い。反りはU=4mである。反りは十分に小さい。優れた導電性GaN基板である。ストライプマスク間隔wが10000μm(10mm)というように広くても所望の構造ができてn型導電性の基板を作ることができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. Since it is I type, the surface is flat and only the C surface is exposed. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. Since the C plane has grown, the oxygen uptake is small. The specific resistance was 9 × 10 −3 Ωcm. The specific resistance was low and the substrate was sufficiently conductive. The donor generating n-type carriers (conducting electrons) is mainly Si. The crack occurrence rate K was 22%. The crack occurrence rate K is sufficiently low. Warpage is U = 4 m. The warpage is small enough. It is an excellent conductive GaN substrate. Even when the stripe mask interval w is as wide as 10000 μm (10 mm), a desired structure can be formed and an n-type conductive substrate can be produced.
試料16、17、18を比べてみるとマスク間隔が10000μm程度までは所望の構造の導電性GaN基板を作ることができるが、マスク間隔wが大きくなるとクラック発生が増え、反りも少しずつ大きくなるということが分かる。ストライプマスクのマスク間隔wが250μm〜10000μmの広い範囲で良好な結晶構造を与えるということが分かる。
When comparing
以上の試料1〜18はストライプマスクを設けてその上にI型(平坦表面)構造の結晶を作ったものである。このあと試料19〜24においてドットマスクの実施例について述べる。
[試料19(実施例;ドット;I型)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ドットコア間隔wがw=500μm、マスク直径がs=50μmのドットマスクを形成した。ドットマスクは6回対称の位置に孤立点状のマスク(被覆部)を設けたものであり、正三角形を敷き詰めて頂点にマスクを分布させた配置となっておりsとwだけでマスクを定義することができる。本願発明がストライプマスクでもドットマスクでも適用できるということを示す。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℃、NH3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 19 (Example; dot; type I)]
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 circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). The dot mask is an isolated point mask (cover) at a 6-fold symmetrical position, and is arranged by laying out equilateral triangles and distributing the mask at the vertices. The mask is defined only by s and w. can do. It shows that the present invention can be applied to both a stripe mask and a dot mask. 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。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。I型だから表面は平坦でC面だけが露出している。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。C面成長したので酸素の取り込み量が少ない。比抵抗は9×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く十分に導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーは主にSiである。クラック発生率Kは4%であった。クラック発生率Kは極めて低い。反りはU=4.8mである。反りは十分に小さい。優れた導電性GaN基板である。ドットマスクでも同様の構造を作り導電性に優れたGaN基板を作ることができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. Since it is I type, the surface is flat and only the C surface is exposed. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. Since the C plane has grown, the oxygen uptake is small. The specific resistance was 9 × 10 −3 Ωcm. The specific resistance was low and the substrate was sufficiently conductive. The donor generating n-type carriers (conducting electrons) is mainly Si. The crack occurrence rate K was 4%. The crack occurrence rate K is extremely low. Warpage is U = 4.8 m. The warpage is small enough. It is an excellent conductive GaN substrate. Even with a dot mask, a similar structure can be produced to produce a GaN substrate with excellent conductivity.
[試料20(実施例;ドット;I型)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ドットコア間隔wがw=500μm、マスク直径がs=50μmのドットマスクを形成した。本願発明がストライプマスクでもドットマスクでも適用できるということを示す。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℃、NH3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 20 (Example; Dot; Type I)]
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 circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). It shows that the present invention can be applied to both a stripe mask and a dot mask. 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。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。I型だから表面は平坦でC面だけが露出している。C面でのSi密度はSiC=4×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=4×103である。C面成長したので酸素の取り込み量が少ない。比抵抗は7×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーは主にSiである。クラック発生率Kは5%であった。クラック発生率Kは極めて低い。反りはU=4.2mである。反りは十分に小さい。優れた導電性GaN基板である。ドットマスクでも同様の構造を作り導電性に優れたGaN基板を作ることができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. Since it is I type, the surface is flat and only the C surface is exposed. The Si density on the C plane is Si C = 4 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . The Si / O ratio (q) on the C plane is q = 4 × 10 3 . Since the C plane has grown, the oxygen uptake is small. The specific resistance was 7 × 10 −3 Ωcm. The specific resistance was a low and conductive substrate. The donor generating n-type carriers (conducting electrons) is mainly Si. The crack occurrence rate K was 5%. The crack occurrence rate K is extremely low. Warpage is U = 4.2 m. The warpage is small enough. It is an excellent conductive GaN substrate. Even with a dot mask, a similar structure can be produced to produce a GaN substrate with excellent conductivity.
[試料21(実施例;ドット;I型)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ドットコア間隔wがw=500μm、マスク直径がs=50μmのドットマスクを形成した。本願発明がストライプマスクでもドットマスクでも適用できるということを示す。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℃、NH3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 21 (Example; dot; type I)]
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 circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). It shows that the present invention can be applied to both a stripe mask and a dot mask. 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。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。I型だから表面は平坦でC面だけが露出している。C面でのSi密度はSiC=7×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=7×103である。C面成長したので酸素の取り込み量が少ない。比抵抗は5×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーは主にSiである。クラック発生率Kは7%であった。クラック発生率Kは低い。反りはU=3.8mである。反りは十分に小さい。優れた導電性GaN基板である。ドットマスクでも同様の構造を作り導電性に優れたGaN基板を作ることができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. Since it is I type, the surface is flat and only the C surface is exposed. The Si density on the C plane is Si C = 7 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . The Si / O ratio (q) on the C plane is q = 7 × 10 3 . Since the C plane has grown, the oxygen uptake is small. The specific resistance was 5 × 10 −3 Ωcm. The specific resistance was a low and conductive substrate. The donor generating n-type carriers (conducting electrons) is mainly Si. The crack occurrence rate K was 7%. Crack generation rate K is low. Warpage is U = 3.8 m. The warpage is small enough. It is an excellent conductive GaN substrate. Even with a dot mask, a similar structure can be produced to produce a GaN substrate with excellent conductivity.
[試料22(実施例;ドット;I型)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ドットコア間隔wがw=1000μm、マスク直径がs=50μmのドットマスクを形成した。試料22はドット間隔wが広いのが特徴である。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=1100℃、NH3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 22 (Example; dot; type I)]
A dot mask having a dot core interval w of w = 1000 μm and a mask diameter of s = 50 μm was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). The sample 22 is characterized by a wide dot interval w. 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。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。I型だから表面は平坦でC面だけが露出している。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。C面成長したので酸素の取り込み量が少ない。比抵抗は9×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く十分に導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーは主にSiである。クラック発生率Kは9%であった。クラック発生率Kは低い。反りはU=3.7mである。反りは十分に小さい。優れた導電性GaN基板である。ドットマスクでドット間隔が広く(w=1000μm)ても同様の構造を作り導電性に優れたGaN基板を作ることができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. Since it is I type, the surface is flat and only the C surface is exposed. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. Since the C plane has grown, the oxygen uptake is small. The specific resistance was 9 × 10 −3 Ωcm. The specific resistance was low and the substrate was sufficiently conductive. The donor generating n-type carriers (conducting electrons) is mainly Si. The crack occurrence rate K was 9%. Crack generation rate K is low. Warpage is U = 3.7 m. The warpage is small enough. It is an excellent conductive GaN substrate. Even if the dot interval is wide with a dot mask (w = 1000 μm), a similar structure can be formed and a GaN substrate excellent in conductivity can be made.
[試料23(実施例;ドット;I型)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ドットコア間隔wがw=2500μm、マスク直径がs=50μmのドットマスクを形成した。試料23はドット間隔wが広いのが特徴である。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=1100℃、NH3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 23 (Example; dot; type I)]
A dot mask having a dot core interval w of w = 2500 μm and a mask diameter of s = 50 μm was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). The
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。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。I型だから表面は平坦でC面だけが露出している。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。C面成長したので酸素の取り込み量が少ない。比抵抗は9×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く十分に導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーは主にSiである。クラック発生率Kは10%であった。クラック発生率Kは低い。反りはU=3.7mである。反りは十分に小さい。優れた導電性GaN基板である。ドットマスクでドット間隔が広く(w=2500μm)ても同様の構造を作り導電性に優れたGaN基板を作ることができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. Since it is I type, the surface is flat and only the C surface is exposed. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. Since the C plane has grown, the oxygen uptake is small. The specific resistance was 9 × 10 −3 Ωcm. The specific resistance was low and the substrate was sufficiently conductive. The donor generating n-type carriers (conducting electrons) is mainly Si. Crack generation rate K was 10%. Crack generation rate K is low. Warpage is U = 3.7 m. The warpage is small enough. It is an excellent conductive GaN substrate. Even if the dot interval is wide with a dot mask (w = 2500 μm), a similar structure can be formed and a GaN substrate excellent in conductivity can be made.
[試料24(実施例;ドット;I型)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ドットコア間隔wがw=5000μm、マスク直径がs=50μmのドットマスクを形成した。試料24はドット間隔wが極めて広い(5mm)のが特徴である。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=1100℃、NH3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 24 (Example; dot; type I)]
A dot mask having a dot core interval w of w = 5000 μm and a mask diameter of s = 50 μm was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). The sample 24 is characterized by a very wide dot interval w (5 mm). 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。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。I型だから表面は平坦でC面だけが露出している。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。C面成長したので酸素の取り込み量が少ない。比抵抗は9×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く十分に導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーは主にSiである。クラック発生率Kは13%であった。クラック発生率Kは低い。反りはU=3.5mである。反りは十分に小さい。優れた導電性GaN基板である。ドットマスクでドット間隔が広く(w=5000μm)ても同様の構造を構成し導電性に優れたGaN基板を作ることができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type I. Since the growth temperature Tq was high, it became I type. Since it is I type, the surface is flat and only the C surface is exposed. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. Since the C plane has grown, the oxygen uptake is small. The specific resistance was 9 × 10 −3 Ωcm. The specific resistance was low and the substrate was sufficiently conductive. The donor generating n-type carriers (conducting electrons) is mainly Si. The crack occurrence rate K was 13%. Crack generation rate K is low. The warpage is U = 3.5 m. The warpage is small enough. It is an excellent conductive GaN substrate. Even if the dot interval is wide with a dot mask (w = 5000 μm), a GaN substrate having a similar structure and excellent conductivity can be produced.
ドットマスクを用いる試料19〜24を見ると、ドットマスク間隔wが500μm〜5000μmで所定の構造を有するクラック発生が少なく反りの少ない良好なGaN基板を作り出すことができる。試料22〜試料24を見るとwが増えるに従ってクラック発生率が増えてゆく傾向にある。デバイスをその上に作る場合、wが広い方が場所的な制約が少ないのでwは広い方が良い。w=10000μmでもクラック発生は受容できる程度である。wの狭い方の極限で、wは250μmであっても優れた性質のGaN基板を与えることができる。基板の性質だけから言えばドットマスク間隔は250μm〜10000μm程度の広い範囲で導電性があってクラック発生少なく反りの小さいGaN基板結晶を製造できる。
Looking at the
以上に説明した試料1〜試料24は何れも成長温度がTq=1100℃でより高温で成長させた結晶基板であったが、以後に述べる試料25〜45は成長温度がTq=1050℃かそれ以下の低温で成長させた結晶である。1050℃で成長させた結晶は表面が山谷(ストライプマスク)の凹凸あるいは円錐ピットの凹部を含む構造となる。傾斜したファセット面Fが多数露呈した凹凸に富んだ表面である。これはII型である。平坦面がC面で傾斜面がファセット面Fである。酸素ドーピングには異方性がある。II型の場合ファセット面Fから酸素が大量にドープされる。だからファセット面Fでの酸素濃度OFと、C面での酸素濃度OCが異なる。そのためC面での酸素濃度OCとファセット面Fでの酸素濃度OFの両方を測定した。ファセット面での酸素濃度が、C面での酸素濃度より大きい(OF>OC)。Si濃度についてもファセット面Fと平坦面C面の両方で測定している。Si濃度はC、F面で選択性はないようである。
[試料25(実施例;ストライプ;II型)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ストライプマスクコア間隔wがw=500μm、マスク幅sがs=50μmの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℃、NH3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 25 (Example; stripe; type II)]
A stripe mask having a stripe mask core interval w of w = 500 μm and a mask width s of s = 50 μm was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。結晶面タイプはII型である。成長温度Tq(1050℃)が低いのでII型になったのである。II型だから表面はファセット面Fと平坦なC面を含み山谷の交代する鋸歯のような表面を持つ。表面はC面とF面の混合である。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。F面でのSi密度はSiF=1×1018cm−3、酸素濃度はOF=1×1018/cm3である。F面でのSi/O比(g)はg=1である。C面では酸素取り込み量が少なくF面では酸素の取り込み量が多い。酸素はC面とF面で著しい違いがあり異方性が強い。しかしSiはC面、F面で同程度ドーピングされておりC面とF面において違いがない。酸素はC、F面で選好性があり、Siは無差別である。試料25においてF面では酸素濃度がSi濃度とほぼ等しい。比抵抗はF面部でもC面部でも等しく8×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く一様な導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生しているドナーはC面では主にSiであるが、F面では酸素とSiが同等に寄与していると考えられる。クラック発生率Kは6%であった。クラック発生率Kは非常に低い。反りはU=6.5mである。反りは小さい。優れた導電性GaN基板である。重畳型山脈構造を持つII型の結晶でも酸素がF面、SiがC面にドープされ相補的にキャリヤを与えるのでF面、C面で比抵抗が変わらない一様な導電性の基板結晶を得る事ができる。
The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq (1050 ° C.) was low, it became type II. Since it is type II, the surface includes a faceted surface F and a flat C surface, and has a sawtooth-like surface where mountains and valleys alternate. The surface is a mixture of C and F planes. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. The Si density on the F plane is Si F = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O F = 1 × 10 18 / cm 3 . The Si / O ratio (g) on the F plane is g = 1. The C surface has a small oxygen uptake and the F surface has a large oxygen uptake. Oxygen has a significant difference between the C-plane and F-plane, and is highly anisotropic. However, Si is doped to the same extent on the C and F planes, and there is no difference between the C and F planes. Oxygen has preference in the C and F planes, and Si is indiscriminate. In the
[試料26(実施例;ストライプ;II型)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ストライプマスクコア間隔wがw=500μm、マスク幅sがs=50μmの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℃、NH3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 26 (Example; stripe; type II)]
A stripe mask having a stripe mask core interval w of w = 500 μm and a mask width s of s = 50 μm was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。結晶面タイプはII型である。成長温度Tq(1050℃)が低いのでII型になったのである。II型だから表面はファセット面Fと平坦なC面を含み山谷の交代する鋸歯のような表面を持つ。表面はC面とF面の混合である。C面でのSi密度はSiC=4×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=4×103である。F面でのSi密度はSiF=4×1018cm−3、酸素濃度はOF=1×1018/cm3である。F面でのSi/O比(g)はg=4である。C面では酸素取り込み量が少なくF面では酸素の取り込み量が多い。酸素はC面とF面で著しい違いがあり異方性が強い。しかしSiはC面、F面で同程度ドーピングされておりC面とF面において違いがない。酸素はC、F面で選好性があり、SiはC面、F面について無差別である。比抵抗はF面部でもC面部でも等しく6×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く一様な導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生している主なドナーはC面でもF面でもSiである。クラック発生率Kは8%であった。クラック発生率Kは低い。反りはU=6.3mである。反りは小さい。複数の山脈構造を持つII型の結晶でもSiがF面、C面共にほぼ同程度ドープされn型キャリヤを与えるのでF面、C面で比抵抗が変わらない。一様な導電性の基板結晶を得る事ができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq (1050 ° C.) was low, it became type II. Since it is type II, the surface includes a faceted surface F and a flat C surface, and has a sawtooth-like surface where mountains and valleys alternate. The surface is a mixture of C and F planes. The Si density on the C plane is Si C = 4 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . The Si / O ratio (q) on the C plane is q = 4 × 10 3 . The Si density on the F plane is Si F = 4 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O F = 1 × 10 18 / cm 3 . The Si / O ratio (g) on the F plane is g = 4. The C surface has a small oxygen uptake and the F surface has a large oxygen uptake. Oxygen has a significant difference between the C-plane and F-plane, and is highly anisotropic. However, Si is doped to the same extent on the C and F planes, and there is no difference between the C and F planes. Oxygen has preference on the C and F planes, and Si is indiscriminate on the C and F planes. The specific resistance was 6 × 10 −3 Ωcm equally in both the F-plane portion and the C-plane portion. The specific resistance was a low and uniform conductive substrate. The main donor generating n-type carriers (conduction electrons) is Si on both the C and F planes. The crack occurrence rate K was 8%. Crack generation rate K is low. Warpage is U = 6.3 m. Warpage is small. Even in a type II crystal having a plurality of mountain ranges, Si is doped to substantially the same degree on both the F and C planes to give an n-type carrier, so that the specific resistance does not change between the F and C planes. A uniform conductive substrate crystal can be obtained.
[試料27(実施例;ストライプ;II型)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ストライプマスクコア間隔wがw=500μm、マスク幅sがs=50μmの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℃、NH3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 27 (Example; stripe; type II)]
A stripe mask having a stripe mask core interval w of w = 500 μm and a mask width s of s = 50 μm was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。結晶面タイプはII型である。成長温度Tq(1050℃)が低いのでII型になったのである。II型だから表面はファセット面Fと平坦なC面を含み山谷の交代する鋸歯のような表面を持つ。表面はC面とF面の混合である。C面でのSi密度はSiC=7×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=7×103である。F面でのSi密度はSiF=7×1018cm−3、酸素濃度はOF=1×1018/cm3である。F面でのSi/O比(g)はg=7である。C面では酸素取り込み量が少なくF面では酸素の取り込み量が多い。しかしSiはC面、F面で同程度ドーピングされておりC面とF面において違いがない。酸素はC、F面で選好性があり、SiはC面、F面について非選好性である。比抵抗はF面部でもC面部でも等しく4×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く一様な導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生している主なドナーはC面でもF面でもSiである。クラック発生率Kは11%であった。クラック発生率Kは低い。反りはU=6.2mである。反りは小さい。複数平行の山脈構造を持つII型の結晶でもSiがF面、C面共にほぼ同程度ドープされn型キャリヤを与えるのでF面、C面で比抵抗が変わらない。一様な導電性の基板結晶を得る事ができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq (1050 ° C.) was low, it became type II. Since it is type II, the surface includes a faceted surface F and a flat C surface, and has a sawtooth-like surface where mountains and valleys alternate. The surface is a mixture of C and F planes. The Si density on the C plane is Si C = 7 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . The Si / O ratio (q) on the C plane is q = 7 × 10 3 . The Si density on the F plane is Si F = 7 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O F = 1 × 10 18 / cm 3 . The Si / O ratio (g) on the F plane is g = 7. The C surface has a small oxygen uptake and the F surface has a large oxygen uptake. However, Si is doped to the same extent on the C and F planes, and there is no difference between the C and F planes. Oxygen has preference on the C and F planes, and Si has non-preference on the C and F planes. The specific resistance was equal to 4 × 10 −3 Ωcm in both the F plane portion and the C plane portion. The specific resistance was a low and uniform conductive substrate. The main donor generating n-type carriers (conduction electrons) is Si on both the C and F planes. The crack occurrence rate K was 11%. Crack generation rate K is low. Warpage is U = 6.2 m. Warpage is small. Even in a type II crystal having a plurality of parallel mountain ranges, Si is doped to substantially the same degree on both the F and C planes to give an n-type carrier, so that the specific resistance does not change between the F and C planes. A uniform conductive substrate crystal can be obtained.
[試料28(実施例;ストライプ;II型)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ストライプマスクコア間隔wがw=500μm、マスク幅sがs=50μmの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℃、NH3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 28 (Example; stripe; type II)]
A stripe mask having a stripe mask core interval w of w = 500 μm and a mask width s of s = 50 μm was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。結晶面タイプはII型である。成長温度Tq(1050℃)が低いのでII型になったのである。II型だから表面はファセット面Fと平坦なC面を含み山谷の交代する山脈群のような表面を持つ。表面はC面とF面の混合である。C面でのSi密度はSiC=1×1019cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=104である。F面でのSi密度はSiF=1×1019cm−3、酸素濃度はOF=1×1018/cm3である。F面でのSi/O比(g)はg=10である。C面では酸素取り込み量が少なくF面では酸素の取り込み量が多い。しかしSiはC面、F面で同程度ドーピングされておりC面とF面において違いがない。酸素はC、F面で選好性があり、SiはC面、F面について非選好性である。比抵抗はF面部でもC面部でも等しく2×10−3Ωcmであった。比抵抗は極めて低く一様な導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生している主なドナーはC面でもF面でもSiである。クラック発生率Kは12%であった。クラック発生率Kは低い。反りはU=6mである。反りは小さい。複数平行の山脈構造を持つII型の結晶でもSiがF面、C面共にほぼ同程度ドープされn型キャリヤを与えるのでF面、C面で比抵抗が変わらない。一様な導電性の基板結晶を得る事ができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq (1050 ° C.) was low, it became type II. Since it is type II, the surface has a facet surface F and a flat C surface, and has a surface like a mountain range where mountains and valleys alternate. The surface is a mixture of C and F planes. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 19 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . The Si / O ratio (q) on the C plane is q = 10 4 . The Si density on the F plane is Si F = 1 × 10 19 cm −3 , and the oxygen concentration is O F = 1 × 10 18 / cm 3 . The Si / O ratio (g) on the F plane is g = 10. The C surface has a small oxygen uptake and the F surface has a large oxygen uptake. However, Si is doped to the same extent on the C and F planes, and there is no difference between the C and F planes. Oxygen has preference on the C and F planes, and Si has non-preference on the C and F planes. The specific resistance was equal to 2 × 10 −3 Ωcm in both the F plane portion and the C plane portion. The specific resistance was a very low and uniform conductive substrate. The main donor generating n-type carriers (conduction electrons) is Si on both the C and F planes. The crack occurrence rate K was 12%. Crack generation rate K is low. Warpage is U = 6 m. Warpage is small. Even in a type II crystal having a plurality of parallel mountain ranges, Si is doped to substantially the same degree on both the F and C planes to give an n-type carrier, so that the specific resistance does not change between the F and C planes. A uniform conductive substrate crystal can be obtained.
[試料29(実施例;ストライプ;II型)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ストライプマスクコア間隔wがw=500μm、マスク幅sがs=50μmの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℃、NH3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 29 (Example; stripe; type II)]
A stripe mask having a stripe mask core interval w of w = 500 μm and a mask width s of s = 50 μm was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。結晶面タイプはII型である。成長温度Tq(1050℃)が低いのでII型になったのである。II型だから表面はファセット面Fと平坦なC面を含み山谷の交代する山脈群のような表面を持つ。表面はC面とF面の混合である。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。F面でのSi密度はSiF=1×1018
m−3、酸素濃度はOF=5×1016
/cm3である。F面でのSi/O比(g)はg=20である。C面では酸素取り込み量が少なくF面では酸素の取り込み量が多い。しかしSiはC面、F面で同程度ドーピングされておりC面とF面において違いがない。酸素はC、F面で選好性があり、SiはC面、F面について非選好性である。比抵抗はF面部でもC面部でも等しく8×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く一様な導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生している主なドナーはC面でもF面でもSiである。クラック発生率Kは5%であった。クラック発生率Kは極めて低い。反りはU=6.4mである。反りは小さい。複数平行の山脈構造を持つII型の結晶でもSiがF面、C面共にほぼ同程度ドープされn型キャリヤを与えるのでF面、C面で比抵抗が変わらない。一様な導電性の基板結晶を得る事ができる。
The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq (1050 ° C.) was low, it became type II. Since it is type II, the surface has a facet surface F and a flat C surface, and has a surface like a mountain range where mountains and valleys alternate. The surface is a mixture of C and F planes. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. The Si density on the F plane is Si F = 1 × 10 18.
m −3 , the oxygen concentration is O F = 5 × 10 16
/ Cm 3 . The Si / O ratio (g) on the F plane is g = 20. The C surface has a small oxygen uptake and the F surface has a large oxygen uptake. However, Si is doped to the same extent on the C and F planes, and there is no difference between the C and F planes. Oxygen has preference on the C and F planes, and Si has non-preference on the C and F planes. The specific resistance was equal to 8 × 10 −3 Ωcm in both the F plane portion and the C plane portion. The specific resistance was a low and uniform conductive substrate. The main donor generating n-type carriers (conduction electrons) is Si on both the C and F planes. The crack occurrence rate K was 5%. The crack occurrence rate K is extremely low. Warpage is U = 6.4 m. Warpage is small. Even in a type II crystal having a plurality of parallel mountain ranges, Si is doped to substantially the same degree on both the F and C planes to give an n-type carrier, so that the specific resistance does not change between the F and C planes. A uniform conductive substrate crystal can be obtained.
[試料30(実施例;ストライプ;II型)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ストライプマスクコア間隔wがw=500μm、マスク幅sがs=50μmの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℃、NH3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 30 (Example; stripe; type II)]
A stripe mask having a stripe mask core interval w of w = 500 μm and a mask width s of s = 50 μm was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。結晶面タイプはII型である。成長温度Tq(1050℃)が低いのでII型になったのである。II型だから表面はファセット面Fと平坦なC面を含み山谷の交代する山脈群のような表面を持つ。表面はC面とF面の混合である。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。F面でのSi密度はSiF=1×1018cm−3、酸素濃度はOF=1×1017/cm3である。F面でのSi/O比(g)はg=10である。C面では酸素取り込み量が少なくF面では酸素の取り込み量が多い。しかしSiはC面、F面で同程度ドーピングされておりC面とF面において違いがない。酸素はC、F面で選好性があり、SiはC面、F面について非選好性である。比抵抗はF面部でもC面部でも等しく7.9×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く一様な導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生している主なドナーはC面でもF面でもSiである。クラック発生率Kは5%であった。クラック発生率Kは極めて低い。反りはU=6.3mである。反りは小さい。複数平行の山脈構造を持つII型の結晶でもSiがF面、C面共にほぼ同程度ドープされn型キャリヤを与えるのでF面、C面で比抵抗が変わらない。一様な導電性の基板結晶を得る事ができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq (1050 ° C.) was low, it became type II. Since it is type II, the surface has a facet surface F and a flat C surface, and has a surface like a mountain range where mountains and valleys alternate. The surface is a mixture of C and F planes. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. The Si density on the F plane is Si F = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O F = 1 × 10 17 / cm 3 . The Si / O ratio (g) on the F plane is g = 10. The C surface has a small oxygen uptake and the F surface has a large oxygen uptake. However, Si is doped to the same extent on the C and F planes, and there is no difference between the C and F planes. Oxygen has preference on the C and F planes, and Si has non-preference on the C and F planes. The specific resistance was equal to 7.9 × 10 −3 Ωcm in both the F plane portion and the C plane portion. The specific resistance was a low and uniform conductive substrate. The main donor generating n-type carriers (conduction electrons) is Si on both the C and F planes. The crack occurrence rate K was 5%. The crack occurrence rate K is extremely low. Warpage is U = 6.3 m. Warpage is small. Even in a type II crystal having a plurality of parallel mountain ranges, Si is doped to substantially the same degree on both the F and C planes to give an n-type carrier, so that the specific resistance does not change between the F and C planes. A uniform conductive substrate crystal can be obtained.
[試料31(実施例;ストライプ;II型)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ストライプマスクコア間隔wがw=500μm、マスク幅sがs=50μmの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℃、NH3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 31 (Example; stripe; type II)]
A stripe mask having a stripe mask core interval w of w = 500 μm and a mask width s of s = 50 μm was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。結晶面タイプはII型である。成長温度Tq(1050℃)が低いのでII型になったのである。II型だから表面はファセット面Fと平坦なC面を含み山谷の交代する山脈群のような表面を持つ。表面はC面とF面の混合である。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。F面でのSi密度はSiF=1×1018cm−3、酸素濃度はOF=5×1017/cm3である。F面でのSi/O比(g)はg=2である。C面では酸素取り込み量が少なくF面では酸素の取り込み量が多い。しかしSiはC面、F面で同程度ドーピングされておりC面とF面において違いがない。酸素はC、F面で選好性があり、SiはC面、F面について非選好性である。比抵抗はF面部でもC面部でも等しく7.5×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く一様な導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生している主なドナーはC面でもF面でもSiである。クラック発生率Kは6%であった。クラック発生率Kは非常に低い。反りはU=6.2mである。反りは小さい。複数平行の山脈構造を持つII型の結晶でもSiがF面、C面共にほぼ同程度ドープされn型キャリヤを与えるのでF面、C面で比抵抗が変わらない。一様な導電性の基板結晶を得る事ができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq (1050 ° C.) was low, it became type II. Since it is type II, the surface has a facet surface F and a flat C surface, and has a surface like a mountain range where mountains and valleys alternate. The surface is a mixture of C and F planes. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. The Si density on the F plane is Si F = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O F = 5 × 10 17 / cm 3 . The Si / O ratio (g) on the F plane is g = 2. The C surface has a small oxygen uptake and the F surface has a large oxygen uptake. However, Si is doped to the same extent on the C and F planes, and there is no difference between the C and F planes. Oxygen has preference on the C and F planes, and Si has non-preference on the C and F planes. The specific resistance was equal to 7.5 × 10 −3 Ωcm in both the F plane portion and the C plane portion. The specific resistance was a low and uniform conductive substrate. The main donor generating n-type carriers (conduction electrons) is Si on both the C and F planes. The crack occurrence rate K was 6%. The crack occurrence rate K is very low. Warpage is U = 6.2 m. Warpage is small. Even in a type II crystal having a plurality of parallel mountain ranges, Si is doped to substantially the same degree on both the F and C planes to give an n-type carrier, so that the specific resistance does not change between the F and C planes. A uniform conductive substrate crystal can be obtained.
[試料32(実施例;ストライプ;II型)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ストライプマスクコア間隔wがw=500μm、マスク幅sがs=50μmの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℃、NH3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 32 (Example; stripe; type II)]
A stripe mask having a stripe mask core interval w of w = 500 μm and a mask width s of s = 50 μm was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。結晶面タイプはII型である。成長温度Tq(1050℃)が低いのでII型になったのである。II型だから表面はファセット面Fと平坦なC面を含み山谷の交代する山脈群のような表面を持つ。表面はC面とF面の混合である。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。F面でのSi密度はSiF=1×1018cm−3、酸素濃度はOF=5×1018/cm3である。F面でのSi/O比(g)はg=0.2である。C面では酸素取り込み量が少なくF面では酸素の取り込み量が多い。しかしSiはC面、F面で同程度ドーピングされておりC面とF面において違いがない。酸素はC、F面で選好性があり、SiはC面、F面について非選好性である。比抵抗はF面部でもC面部でも等しく7.5×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く一様な導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生している主なドナーはC面ではSi、F面ではOである。クラック発生率Kは7%であった。クラック発生率Kは低い。反りはU=6mである。反りは小さい。複数平行の山脈構造を持つII型の結晶でもSiがF面、C面共にほぼ同程度ドープされn型キャリヤを与えるのでF面、C面で比抵抗が変わらない。一様な導電性の基板結晶を得る事ができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq (1050 ° C.) was low, it became type II. Since it is type II, the surface has a facet surface F and a flat C surface, and has a surface like a mountain range where mountains and valleys alternate. The surface is a mixture of C and F planes. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. The Si density on the F plane is Si F = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O F = 5 × 10 18 / cm 3 . The Si / O ratio (g) on the F plane is g = 0.2. The C surface has a small oxygen uptake and the F surface has a large oxygen uptake. However, Si is doped to the same extent on the C and F planes, and there is no difference between the C and F planes. Oxygen has preference on the C and F planes, and Si has non-preference on the C and F planes. The specific resistance was equal to 7.5 × 10 −3 Ωcm in both the F plane portion and the C plane portion. The specific resistance was a low and uniform conductive substrate. The main donors generating n-type carriers (conducting electrons) are Si on the C plane and O on the F plane. The crack occurrence rate K was 7%. Crack generation rate K is low. Warpage is U = 6 m. Warpage is small. Even in a type II crystal having a plurality of parallel mountain ranges, Si is doped to substantially the same degree on both the F and C planes to give an n-type carrier, so that the specific resistance does not change between the F and C planes. A uniform conductive substrate crystal can be obtained.
[試料33(実施例;ストライプ;II型)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ストライプマスクコア間隔wがw=500μm、マスク幅sがs=50μmの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℃、NH3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 33 (Example; stripe; type II)]
A stripe mask having a stripe mask core interval w of w = 500 μm and a mask width s of s = 50 μm was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。結晶面タイプはII型である。成長温度Tq(1050℃)が低いのでII型になったのである。II型だから表面はファセット面Fと平坦なC面を含み山谷の交代する山脈群のような表面を持つ。表面はC面とF面の混合である。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。F面でのSi密度はSiF=1×1018cm−3、酸素濃度はOF=1×1019/cm3である。F面でのSi/O比(g)はg=0.1である。C面では酸素取り込み量が少なくF面では酸素の取り込み量が多い。しかしSiはC面、F面で同程度ドーピングされておりC面とF面において違いがない。酸素(O)はC、F面で選好性があり、SiはC面、F面について非選好性である。比抵抗はF面部でもC面部でもほぼ等しく2×10−3Ωcmであった。比抵抗は極めて低く一様な導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生している主なドナーはC面ではSi、F面ではOである。クラック発生率Kは10%であった。クラック発生率Kは低い。反りはU=5.8mである。反りは小さい。複数平行の山脈構造を持つII型の結晶で、SiがF面、C面共にほぼ同程度ドープされ、F面では酸素ドープが優越している。F面、C面とも導電性になる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq (1050 ° C.) was low, it became type II. Since it is type II, the surface has a facet surface F and a flat C surface, and has a surface like a mountain range where mountains and valleys alternate. The surface is a mixture of C and F planes. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. The Si density on the F plane is Si F = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O F = 1 × 10 19 / cm 3 . The Si / O ratio (g) on the F plane is g = 0.1. The C surface has a small oxygen uptake and the F surface has a large oxygen uptake. However, Si is doped to the same extent on the C and F planes, and there is no difference between the C and F planes. Oxygen (O) has preference in the C and F planes, and Si has non-preference in the C and F planes. The specific resistance was approximately equal to 2 × 10 −3 Ωcm in both the F plane portion and the C plane portion. The specific resistance was a very low and uniform conductive substrate. The main donors generating n-type carriers (conducting electrons) are Si on the C plane and O on the F plane. Crack generation rate K was 10%. Crack generation rate K is low. Warpage is U = 5.8 m. Warpage is small. It is a type II crystal having a plurality of parallel mountain ranges, and Si is doped to approximately the same degree on both the F plane and the C plane, and oxygen doping is predominant on the F plane. Both the F surface and the C surface become conductive.
[試料34(実施例;ストライプ;II型)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ストライプマスクコア間隔wがw=500μm、マスク幅sがs=50μmの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℃、NH3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 34 (Example; stripe; type II)]
A stripe mask having a stripe mask core interval w of w = 500 μm and a mask width s of s = 50 μm was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。結晶面タイプはII型である。成長温度Tq(1050℃)が低いのでII型になったのである。II型だから表面はファセット面Fと平坦なC面を含み山谷の交代する山脈群のような表面を持つ。表面はC面とF面の混合である。C面でのSi密度はSiC=4×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=4×103である。F面でのSi密度はSiF=4×1018cm−3、酸素濃度はOF=1×1019/cm3である。F面でのSi/O比(g)はg=0.4である。C面では酸素取り込み量が少なくF面では酸素の取り込み量が多い。しかしSiはC面、F面で同程度ドーピングされておりC面とF面において違いがない。酸素はC、F面で選好性があり、SiはC面、F面について非選好性である。比抵抗はF面部でもC面部でも等しく1.9×10−3Ωcmであった。比抵抗は甚だ低く一様な導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生している主なドナーはC面ではSi、F面ではOである。クラック発生率Kは11%であった。クラック発生率Kは低い。反りはU=5.5mである。反りは小さい。複数平行の山脈構造を持つII型の結晶でSiがF面、C面共にほぼ同程度ドープされ、F面は酸素が高濃度にドープされ、C面もF面も導電性が高い基板結晶を得ることができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq (1050 ° C.) was low, it became type II. Since it is type II, the surface has a facet surface F and a flat C surface, and has a surface like a mountain range where mountains and valleys alternate. The surface is a mixture of C and F planes. The Si density on the C plane is Si C = 4 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . The Si / O ratio (q) on the C plane is q = 4 × 10 3 . The Si density on the F plane is Si F = 4 × 10 18 cm −3 and the oxygen concentration is O F = 1 × 10 19 / cm 3 . The Si / O ratio (g) on the F plane is g = 0.4. The C surface has a small oxygen uptake and the F surface has a large oxygen uptake. However, Si is doped to the same extent on the C and F planes, and there is no difference between the C and F planes. Oxygen has preference on the C and F planes, and Si has non-preference on the C and F planes. The specific resistance was equal to 1.9 × 10 −3 Ωcm in both the F plane portion and the C plane portion. The specific resistance was very low and the substrate was uniformly conductive. The main donors generating n-type carriers (conducting electrons) are Si on the C plane and O on the F plane. The crack occurrence rate K was 11%. Crack generation rate K is low. Warpage is U = 5.5 m. Warpage is small. A type II crystal having a plurality of parallel mountain ranges, Si is doped to approximately the same degree on both the F and C planes, the F plane is doped with oxygen at a high concentration, and both the C and F planes are highly conductive substrate crystals. Obtainable.
[試料35(実施例;ストライプ;II型)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ストライプマスクコア間隔wがw=500μm、マスク幅sがs=50μmの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℃、NH3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 35 (Example; stripe; type II)]
A stripe mask having a stripe mask core interval w of w = 500 μm and a mask width s of s = 50 μm was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。結晶面タイプはII型である。成長温度Tq(1050℃)が低いのでII型になったのである。II型だから表面はファセット面Fと平坦なC面を含み山谷の交代する山脈群のような表面を持つ。表面はC面とF面の混合である。C面でのSi密度はSiC=7×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=7×103である。F面でのSi密度はSiF=7×1018cm−3、酸素濃度はOF=1×1019/cm3である。F面でのSi/O比(g)はg=0.7である。C面では酸素取り込み量が少なくF面では酸素の取り込み量が多い。しかしSiはC面、F面で同程度ドーピングされておりC面とF面において違いがない。酸素はC、F面で選好性があり、SiはC面、F面について非選好性である。比抵抗はF面部でもC面部でも等しく1.8×10−3Ωcmであった。比抵抗は甚だ低く一様な導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生している主なドナーはC面ではSi、F面ではOである。クラック発生率Kは14%であった。クラック発生率Kは十分に低い。反りはU=5mである。反りは小さい。複数平行の山脈構造を持つII型の結晶でSiがF面、C面共にほぼ同程度ドープされ、F面は酸素が高濃度にドープされ、C面もF面も導電性が高い基板結晶を得ることができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq (1050 ° C.) was low, it became type II. Since it is type II, the surface has a facet surface F and a flat C surface, and has a surface like a mountain range where mountains and valleys alternate. The surface is a mixture of C and F planes. The Si density on the C plane is Si C = 7 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . The Si / O ratio (q) on the C plane is q = 7 × 10 3 . The Si density on the F-plane is Si F = 7 × 10 18 cm −3 and the oxygen concentration is O F = 1 × 10 19 / cm 3 . The Si / O ratio (g) on the F plane is g = 0.7. The C surface has a small oxygen uptake and the F surface has a large oxygen uptake. However, Si is doped to the same extent on the C and F planes, and there is no difference between the C and F planes. Oxygen has preference on the C and F planes, and Si has non-preference on the C and F planes. The specific resistance was equally 1.8 × 10 −3 Ωcm in both the F-plane portion and the C-plane portion. The specific resistance was very low and the substrate was uniformly conductive. The main donors generating n-type carriers (conducting electrons) are Si on the C plane and O on the F plane. The crack occurrence rate K was 14%. The crack occurrence rate K is sufficiently low. Warpage is U = 5 m. Warpage is small. A type II crystal having a plurality of parallel mountain ranges, Si is doped to approximately the same degree on both the F and C planes, the F plane is doped with oxygen at a high concentration, and both the C and F planes are highly conductive substrate crystals. Obtainable.
[試料36(実施例;ストライプ;II型)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ストライプマスクコア間隔wがw=500μm、マスク幅sがs=50μmの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℃、NH3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 36 (Example; stripe; type II)]
A stripe mask having a stripe mask core interval w of w = 500 μm and a mask width s of s = 50 μm was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。結晶面タイプはII型である。成長温度Tq(1050℃)が低いのでII型になったのである。II型だから表面はファセット面Fと平坦なC面を含み山谷の交代する山脈群のような表面を持つ。表面はC面とF面の混合である。C面でのSi密度はSiC=1×1019cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=104である。F面でのSi密度はSiF=1×1019cm−3、酸素濃度はOF=1×1019/cm3である。F面でのSi/O比(g)はg=1である。C面では酸素取り込み量が少なくF面では酸素の取り込み量が多い。しかしSiはC面、F面で同程度ドーピングされておりC面とF面において違いがない。酸素はC、F面で選好性があり、SiはC面、F面について非選好性である。比抵抗はF面部でもC面部でも等しく1.5×10−3Ωcmであった。酸素、Si共に高濃度にドーピングされており、比抵抗は甚だ低く一様な導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生している主なドナーはC面ではSi、F面ではOとSiである。クラック発生率Kは18%であった。クラック発生率Kは十分に低い。反りはU=4.8mである。反りはやや小さい。平行の山脈構造を持つII型の結晶でSiがF面、C面共にほぼ同程度ドープされ、F面は酸素が高濃度にドープされ、C面もF面も導電性が高い基板結晶を得ることができる。
以上に述べた試料25〜36はストライプマスクを設けてII型の結晶を作ったものである。本発明はドットマスクを下地基板に設けて同じようなII型結晶を作ることもできる。試料37〜39はドットマスク法によるものである。
The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq (1050 ° C.) was low, it became type II. Since it is type II, the surface has a facet surface F and a flat C surface, and has a surface like a mountain range where mountains and valleys alternate. The surface is a mixture of C and F planes. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 19 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . The Si / O ratio (q) on the C plane is q = 10 4 . The Si density on the F plane is Si F = 1 × 10 19 cm −3 , and the oxygen concentration is O F = 1 × 10 19 / cm 3 . The Si / O ratio (g) on the F plane is g = 1. The C surface has a small oxygen uptake and the F surface has a large oxygen uptake. However, Si is doped to the same extent on the C and F planes, and there is no difference between the C and F planes. Oxygen has preference on the C and F planes, and Si has non-preference on the C and F planes. The specific resistance was equal to 1.5 × 10 −3 Ωcm in both the F plane portion and the C plane portion. Both oxygen and Si were doped at a high concentration, and the resistivity was very low and the substrate had a uniform conductivity. The main donors generating n-type carriers (conducting electrons) are Si on the C plane and O and Si on the F plane. The crack occurrence rate K was 18%. The crack occurrence rate K is sufficiently low. Warpage is U = 4.8 m. Warpage is slightly small. A type II crystal having a parallel mountain range structure, in which Si is doped to approximately the same degree on both the F plane and the C plane, the F plane is doped with oxygen at a high concentration, and a substrate crystal having high conductivity on both the C plane and the F plane is obtained. be able to.
[試料37(実施例;ドット;II型)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ドットマスクコア間隔wがw=500μm、ドット径s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℃、NH3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 37 (Example; dot; type II)]
A dot mask having a dot mask core interval w of w = 500 μm and a dot diameter s of s = 50 μm was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。結晶面タイプはII型である。成長温度Tq(1050℃)が低いのでII型になったのである。II型だから表面はファセット面Fと平坦なC面を含み山谷の交代する山脈群のような表面を持つ。表面はC面とF面の混合である。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。F面でのSi密度はSiF=1×1018cm−3、酸素濃度はOF=1×1018/cm3である。F面でのSi/O比(g)はg=1である。C面では酸素取り込み量が少なくF面では酸素の取り込み量が多い。しかしSiはC面、F面で同程度ドーピングされておりC面とF面において違いがない。酸素はC、F面で選好性があり、SiはC面、F面について非選好性である。比抵抗はF面部でもC面部でも等しく8×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く一様な導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生している主なドナーはC面ではSi、F面ではOとSiである。クラック発生率Kは3%であった。クラック発生率Kは頗る低い。反りはU=5mである。反りはやや小さい。等間隔に孤立欠陥集合領域Hを多数有する構造を持つII型の結晶でSiがF面、C面共にほぼ同程度ドープされ、F面は酸素がより高濃度にドープされ、C面もF面も導電性が高い基板結晶を得ることができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq (1050 ° C.) was low, it became type II. Since it is type II, the surface has a facet surface F and a flat C surface, and has a surface like a mountain range where mountains and valleys alternate. The surface is a mixture of C and F planes. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. The Si density on the F plane is Si F = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O F = 1 × 10 18 / cm 3 . The Si / O ratio (g) on the F plane is g = 1. The C surface has a small oxygen uptake and the F surface has a large oxygen uptake. However, Si is doped to the same extent on the C and F planes, and there is no difference between the C and F planes. Oxygen has preference on the C and F planes, and Si has non-preference on the C and F planes. The specific resistance was equal to 8 × 10 −3 Ωcm in both the F plane portion and the C plane portion. The specific resistance was a low and uniform conductive substrate. The main donors generating n-type carriers (conducting electrons) are Si on the C plane and O and Si on the F plane. The crack occurrence rate K was 3%. The crack occurrence rate K is very low. Warpage is U = 5 m. Warpage is slightly small. A type II crystal having a structure having a large number of isolated defect gathering regions H at equal intervals, Si is doped to approximately the same degree on both the F plane and the C plane, the F plane is more heavily doped with oxygen, and the C plane is also an F plane. In addition, a substrate crystal having high conductivity can be obtained.
[試料38(実施例;ドット;II型)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ドットマスクコア間隔wがw=500μm、ドット径s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℃、NH3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 38 (Example; Dot; Type II)]
A dot mask having a dot mask core interval w of w = 500 μm and a dot diameter s of s = 50 μm was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。結晶面タイプはII型である。成長温度Tq(1050℃)が低いのでII型になったのである。II型だから表面はファセット面Fと平坦なC面を含み山谷の交代する山脈群のような表面を持つ。表面はC面とF面の混合である。C面でのSi密度はSiC=4×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=4×103である。F面でのSi密度はSiF=4×1018cm−3、酸素濃度はOF=1×1018/cm3である。F面でのSi/O比(g)はg=4である。C面では酸素取り込み量が少なくF面では酸素の取り込み量が多い。しかしSiはC面、F面で同程度ドーピングされておりC面とF面において違いがない。酸素はC、F面で選好性があり、SiはC面、F面について非選好性である。比抵抗はF面部でもC面部でも等しく6.3×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く一様な導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生している主なドナーはC面でSi、F面でSiである。クラック発生率Kは5%であった。クラック発生率Kは頗る低い。反りはU=4.6mである。反りはやや小さい。等間隔に孤立欠陥集合領域Hを多数有する構造を持つII型の結晶でSiがF面、C面共にほぼ同程度ドープされ、F面は酸素がより高濃度にドープされ、C面もF面も導電性が高い基板結晶を得ることができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq (1050 ° C.) was low, it became type II. Since it is type II, the surface has a facet surface F and a flat C surface, and has a surface like a mountain range where mountains and valleys alternate. The surface is a mixture of C and F planes. The Si density on the C plane is Si C = 4 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . The Si / O ratio (q) on the C plane is q = 4 × 10 3 . The Si density on the F plane is Si F = 4 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O F = 1 × 10 18 / cm 3 . The Si / O ratio (g) on the F plane is g = 4. The C surface has a small oxygen uptake and the F surface has a large oxygen uptake. However, Si is doped to the same extent on the C and F planes, and there is no difference between the C and F planes. Oxygen has preference on the C and F planes, and Si has non-preference on the C and F planes. The specific resistance was equal to 6.3 × 10 −3 Ωcm in both the F plane portion and the C plane portion. The specific resistance was a low and uniform conductive substrate. The main donors generating n-type carriers (conduction electrons) are Si on the C plane and Si on the F plane. The crack occurrence rate K was 5%. The crack occurrence rate K is very low. Warpage is U = 4.6 m. Warpage is slightly small. A type II crystal having a structure having a large number of isolated defect gathering regions H at equal intervals, Si is doped to approximately the same degree on both the F plane and the C plane, the F plane is more heavily doped with oxygen, and the C plane is also an F plane. In addition, a substrate crystal having high conductivity can be obtained.
[試料39(実施例;ドット;II型)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ドットマスクコア間隔wがw=500μm、ドット径s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℃、NH3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 39 (Example; Dot; Type II)]
A dot mask having a dot mask core interval w of w = 500 μm and a dot diameter s of s = 50 μm was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。コアの結晶種類は反転層Jであった。結晶面タイプはII型である。成長温度Tq(1050℃)が低いのでII型になったのである。II型だから表面はファセット面Fと平坦なC面を含み山谷の交代する山脈群のような表面を持つ。表面はC面とF面の混合である。C面でのSi密度はSiC=7×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=7×103である。F面でのSi密度はSiF=7×1018cm−3、酸素濃度はOF=1×1018/cm3である。F面でのSi/O比(g)はg=7である。C面では酸素取り込み量が少なくF面では酸素の取り込み量が多い。しかしSiはC面、F面で同程度ドーピングされておりC面とF面において違いがない。酸素はC、F面で選好性があり、SiはC面、F面について非選好性である。比抵抗はF面部でもC面部でも等しく4×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く一様な導電性のある基板であった。n型キャリヤ(伝導電子)を発生している主なドナーはC面でSi、F面でSiである。クラック発生率Kは6%であった。クラック発生率Kは頗る低い。反りはU=4.2mである。反りはやや小さい。等間隔に孤立欠陥集合領域Hを多数有する構造を持つII型の結晶でSiがF面、C面共にほぼ同程度ドープされ、F面は酸素がより高濃度にドープされ、C面もF面も導電性が高い基板結晶を得ることができる。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal type of the core was the inversion layer J. The crystal face type is type II. Since the growth temperature Tq (1050 ° C.) was low, it became type II. Since it is type II, the surface has a facet surface F and a flat C surface, and has a surface like a mountain range where mountains and valleys alternate. The surface is a mixture of C and F planes. The Si density on the C plane is Si C = 7 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . The Si / O ratio (q) on the C plane is q = 7 × 10 3 . The Si density on the F plane is Si F = 7 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O F = 1 × 10 18 / cm 3 . The Si / O ratio (g) on the F plane is g = 7. The C surface has a small oxygen uptake and the F surface has a large oxygen uptake. However, Si is doped to the same extent on the C and F planes, and there is no difference between the C and F planes. Oxygen has preference on the C and F planes, and Si has non-preference on the C and F planes. The specific resistance was equal to 4 × 10 −3 Ωcm in both the F plane portion and the C plane portion. The specific resistance was a low and uniform conductive substrate. The main donors generating n-type carriers (conduction electrons) are Si on the C plane and Si on the F plane. The crack occurrence rate K was 6%. The crack occurrence rate K is very low. Warpage is U = 4.2 m. Warpage is slightly small. A type II crystal having a structure having a large number of isolated defect gathering regions H at equal intervals, Si is doped to approximately the same degree on both the F plane and the C plane, the F plane is more heavily doped with oxygen, and the C plane is also an F plane. In addition, a substrate crystal having high conductivity can be obtained.
[試料40(比較例;マスク無し;C面成長)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、マスクを付けずバッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。マスクを付けないので実施例ではなく比較例である。比較例であるが公知例ではない。エピタキシャル成長温度はTq=1050℃、NH3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 40 (comparative example; no mask; C-plane growth)]
A buffer layer was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm) without a mask and then epitaxially grown. Since no mask is attached, this is not an example but a comparative example. Although it is a comparative example, it is not a well-known example. 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。マスクがないのでコアは存在しない。平坦なC面成長をした。I型でもII型でもない。表面は一様なC面である。F面が存在しない。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。比抵抗0.01Ωcmであった。比抵抗は高く導電性は不十分である。n型キャリヤ(伝導電子)を発生している主なドナーはSiである。クラック発生率Kは75%であった。クラック発生率Kは頗る高い。反りはU=1.5mである。反りは非常に大きい。クラックが多く反りも大きいのでデバイスを作製する基板として利用できない。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. There is no core because there is no mask. Flat C-plane growth was performed. It is neither type I nor type II. The surface is a uniform C-plane. There is no F-plane. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. The specific resistance was 0.01 Ωcm. The specific resistance is high and the conductivity is insufficient. The main donor generating n-type carriers (conduction electrons) is Si. The crack occurrence rate K was 75%. The crack occurrence rate K is very high. The warpage is U = 1.5 m. The warpage is very large. Since it has many cracks and large warpage, it cannot be used as a substrate for manufacturing devices.
[試料41(比較例;マスク無し;C面成長)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、マスクを付けずバッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。マスクを付けないので実施例ではなく比較例である。比較例であるが公知例ではない。エピタキシャル成長温度はTq=1050℃、NH3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 41 (comparative example; no mask; C-plane growth)]
A buffer layer was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm) without a mask and then epitaxially grown. Since no mask is attached, this is not an example but a comparative example. Although it is a comparative example, it is not a well-known example. 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。マスクがないのでコアは存在しない。平坦なC面成長をした。I型でもII型でもない。表面は一様なC面である。F面が存在しない。C面でのSi密度はSiC=1×1019cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=104である。比抵抗は4.7×10−3Ωcmであった。比抵抗は低く導電性は十分ある。n型キャリヤ(伝導電子)を発生している主なドナーはSiである。クラック発生率Kは88%であった。クラック発生率Kは頗る高い。反りはU=1.2mである。反りは極めて大きい。クラックが多く反りも大きいからデバイスを作製する基板として利用できない。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. There is no core because there is no mask. Flat C-plane growth was performed. It is neither type I nor type II. The surface is a uniform C-plane. There is no F-plane. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 19 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . The Si / O ratio (q) on the C plane is q = 10 4 . The specific resistance was 4.7 × 10 −3 Ωcm. The specific resistance is low and the conductivity is sufficient. The main donor generating n-type carriers (conduction electrons) is Si. The crack occurrence rate K was 88%. The crack occurrence rate K is very high. The warpage is U = 1.2 m. The warpage is extremely large. Since it has many cracks and large warpage, it cannot be used as a substrate for manufacturing devices.
[試料42(比較例;マスク無し;C面成長)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、マスクを付けずバッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。マスクを付けないので実施例ではなく比較例である。比較例であるが公知例ではない。エピタキシャル成長温度はTq=1030℃、NH3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 42 (comparative example; no mask; C-plane growth)]
A buffer layer was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm) without a mask and then epitaxially grown. Since no mask is attached, this is not an example but a comparative example. Although it is a comparative example, it is not a well-known example. 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。マスクがないのでコアは存在しない。平坦なC面成長をした。I型でもII型でもない。表面は一様なC面である。F面が存在しない。C面でのSi密度はSiC=1×1018cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=103である。比抵抗は0.01Ωcmであった。比抵抗は高い。n型キャリヤ(伝導電子)を発生している主なドナーはSiである。クラック発生率Kは92%であった。クラック発生率Kは頗る高い。反りはU=1.3mである。反りは極めて大きい。クラックが多く反りも大きいからデバイスを作製する基板として利用できない。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. There is no core because there is no mask. Flat C-plane growth was performed. It is neither type I nor type II. The surface is a uniform C-plane. There is no F-plane. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 18 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . Si / O ratio in the C-plane (q) is the q = 10 3. The specific resistance was 0.01 Ωcm. The specific resistance is high. The main donor generating n-type carriers (conduction electrons) is Si. The crack occurrence rate K was 92%. The crack occurrence rate K is very high. The warpage is U = 1.3 m. The warpage is extremely large. Since it has many cracks and large warpage, it cannot be used as a substrate for manufacturing devices.
[試料43(比較例;マスク無し;C面成長)]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、マスクを付けずバッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。マスクを付けないので実施例ではなく比較例である。比較例であるが公知例ではない。エピタキシャル成長温度はTq=1030℃、NH3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 43 (comparative example; no mask; C-plane growth)]
A buffer layer was formed on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm) without a mask and then epitaxially grown. Since no mask is attached, this is not an example but a comparative example. Although it is a comparative example, it is not a well-known example. 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。マスクがないのでコアは存在しない。平坦なC面成長をした。I型でもII型でもない。表面は一様なC面である。F面が存在しない。C面でのSi密度はSiC=1×1019cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=104である。比抵抗は4.7×10−3Ωcmであった。比抵抗は低い。n型キャリヤ(伝導電子)を発生している主なドナーはSiである。クラック発生率Kは90%であった。クラック発生率Kは頗る高い。反りはU=1mである。反りは極めて大きい。クラックが多く反りも大きいからデバイスを作製する基板として利用できない。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. There is no core because there is no mask. Flat C-plane growth was performed. It is neither type I nor type II. The surface is a uniform C-plane. There is no F-plane. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 19 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . The Si / O ratio (q) on the C plane is q = 10 4 . The specific resistance was 4.7 × 10 −3 Ωcm. Specific resistance is low. The main donor generating n-type carriers (conduction electrons) is Si. The crack occurrence rate K was 90%. The crack occurrence rate K is very high. Warpage is U = 1 m. The warpage is extremely large. Since it has many cracks and large warpage, it cannot be used as a substrate for manufacturing devices.
[試料44(比較例;ストライプ;II型]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ストライプマスク間隔がw=500μmでストライプ幅がs=50μm、ピッチ550μmのストライプマスクを付けた。バッファ層を形成した後GaNを、SiH4ガスを断って、エピタキシャル成長させた。Si原料ガスを供給しないので本発明の実施例でない。比較例であるが公知例ではない。エピタキシャル成長温度はTq=1050℃、NH3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 (Comparative Example; Stripe; Type II)
A stripe mask having a stripe mask interval of w = 500 μm, a stripe width of s = 50 μm, and a pitch of 550 μm was attached on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). After forming the buffer layer, GaN was epitaxially grown with the SiH 4 gas cut off. Since Si source gas is not supplied, it is not an example of the present invention. Although it is a comparative example, it is not a well-known example. 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。マスクの周期と同じ周期構造を持っていた。コア上の結晶は反転層Jである。結晶タイプはII型である。C面でのSi密度はSiC=1×1016cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=10である。C面での比抵抗は高かった。F面でのSi密度はSiC=1×1016cm−3、酸素濃度はOC=4×1018/cm3である。F面でのSi/O比(q)はq=1/400である。Si原料を与えていないのにSi濃度が1016cm−3あったということは炉に残留したSiが結晶に入ったという可能性がある。また1016cm−3はSiの検出限界であるのかも知れない。導電性でなく半絶縁性である。クラック発生率Kは30%であった。クラック発生率Kは低い。反りはU=7mである。反りは小さい。抵抗率が高いので導電性基板として利用できない。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. It had the same periodic structure as the mask. The crystal on the core is the inversion layer J. The crystal type is type II. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 16 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . The Si / O ratio (q) on the C plane is q = 10. The specific resistance on the C surface was high. The Si density on the F-plane is Si C = 1 × 10 16 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 4 × 10 18 / cm 3 . The Si / O ratio (q) on the F plane is q = 1/400. The fact that the Si concentration was 10 16 cm −3 even though no Si raw material was given may indicate that Si remaining in the furnace entered the crystal. 10 16 cm −3 may be the detection limit of Si. Semi-insulating rather than conductive. The crack occurrence rate K was 30%. Crack generation rate K is low. Warpage is U = 7 m. Warpage is small. Since the resistivity is high, it cannot be used as a conductive substrate.
[試料45(比較例;ストライプ;II型]
直径2インチ(50mm)の円形GaAs基板の上に、ストライプマスク間隔がw=500μmでストライプ幅がs=50μm、ピッチ550μmのストライプマスクを付けた。バッファ層を形成した後GaNを、SiH4ガスを断ってエピタキシャル成長させた。Si原料を与えないので本発明の実施例でない。比較例であるが公知例ではない。エピタキシャル成長温度はTq=1050℃、NH3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 45 (Comparative Example; Stripe; Type II]
A stripe mask having a stripe mask interval of w = 500 μm, a stripe width of s = 50 μm, and a pitch of 550 μm was attached on a circular GaAs substrate having a diameter of 2 inches (50 mm). After forming the buffer layer, GaN was epitaxially grown with the SiH 4 gas cut off. Since no Si raw material is provided, it is not an example of the present invention. Although it is a comparative example, it is not a well-known example. 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.
5/3族比bはb=2.5である。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。結晶の領域はマスクの周期と同じ周期構造を持っていた。コア上の結晶は反転層Jである。マスクのない部分は低欠陥単結晶領域Z、C面成長領域YがZYZ構造を形成した。結晶タイプはII型である。C面でのSi密度はSiC=1×1016cm−3、酸素濃度はOC=1×1015/cm3である。C面でのSi/O比(q)はq=10である。C面での比抵抗は高かった。F面でのSi密度はSiC=1×1016cm−3、酸素濃度はOC=8×1018/cm3である。F面でのSi/O比(q)はq=1/800である。Si原料を与えていないのにSi濃度が1016cm−3あったということは炉に残留したSiが結晶に入ったという可能性がある。また1016cm−3はSiの検出限界であるのかも知れない。導電性でなく半絶縁性である。クラック発生率Kは36%であった。クラック発生率Kは低い。反りはU=6.8mである。反りは小さい。C面での抵抗率が高いので導電性基板として利用できない。 The 5/3 group ratio b is b = 2.5. The GaAs substrate was processed and removed to obtain a single independent substrate of GaN having a thickness of 400 μm. The crystal region had the same periodic structure as the mask. The crystal on the core is the inversion layer J. In the portion without the mask, the low-defect single crystal region Z and the C-plane growth region Y formed a ZYZ structure. The crystal type is type II. The Si density on the C plane is Si C = 1 × 10 16 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 1 × 10 15 / cm 3 . The Si / O ratio (q) on the C plane is q = 10. The specific resistance on the C surface was high. The Si density on the F-plane is Si C = 1 × 10 16 cm −3 , and the oxygen concentration is O C = 8 × 10 18 / cm 3 . The Si / O ratio (q) on the F plane is q = 1/800. The fact that the Si concentration was 10 16 cm −3 even though no Si raw material was given may indicate that Si remaining in the furnace entered the crystal. 10 16 cm −3 may be the detection limit of Si. Semi-insulating rather than conductive. The crack occurrence rate K was 36%. Crack generation rate K is low. Warpage is U = 6.8 m. Warpage is small. Since the resistivity on the C surface is high, it cannot be used as a conductive substrate.
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を挙げ図22に黒丸、黒点白丸で示した。本願発明の基板温度や5/3族比bをも同じ図22に示す。それによって本発明の独自の成長条件がよりはっきりする。 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 are listed and shown in FIG. 22 by black circles and black dots and white circles. The substrate temperature and the 5/3 group ratio b of the present invention are also shown in FIG. Thereby, the unique growth conditions of the present invention become clearer.
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15点ある。
Regarding the type II of the present invention, the point of
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1100℃で、5/3族比b=2.5が22点ある。温度1100 ℃で5/3族比b=3が1点ある。温度1100℃で5/3族比b=1が1点ある。
Regarding the type I of the present invention, the point of
本発明の基板温度、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 substrate temperature of the present invention and the 5/3 group ratio b is surrounded by a broken line. 1080 ° C. is an intermediate mixing type temperature.
図23は試料1〜45の反りの曲率半径(m)とクラック発生率(%)を二次元座標にして示すものである。横軸は反りの曲率半径(m)、縦軸はクラック発生率(%)である。数字は試料番号である。I型は白丸で示す。試料1が反り8mでクラック発生率が1%でありもっとも良い試料である。反りは試料24が3.5m,試料22、23が3.7mである。I型は反りUが3.5m〜8mに分布している。クラック発生率は試料18が22%で、I型は1%〜22%の範囲にある。
II型は白三角で示す。試料39の反りが4.2mである。II型は反りが4.2m〜6.5m程度である。クラック発生はI型より少なくなっている。試料36で18%、試料37で3%である。試料1〜39の実施例において、反りは3.5m≦U≦8mである。II型で言えば4.2m≦U≦6.5mである。II型のクラック発生率Kは3%≦K≦18%である。II型の方がクラック発生率、反り共により良いようであるが際立って異なるということはない。
比較例は×で示す。試料40〜43はクラック発生率が高く、反りは大きい。これは下地基板の上にマスク(被覆部)を設けてファセット成長することによて、内部応力、クラック発生、反りの少ない優れた機械的性質の結晶が得られるということを示している。試料44、45は反りも少なくクラック発生率も少ないが比抵抗が大きいので比較例となっている。
FIG. 23 shows the curvature radius (m) and the crack generation rate (%) of the
Type II is indicated by white triangles. The warp of the
Comparative examples are indicated by x.
図27は試料のC面部Siドーピング量(cm−3)と表面の比抵抗(Ωcm)とを対数方眼紙に二次元座標として表したものである。白丸はI型、白三角はII型を、×は比較例を示す。数字は試料番号である。C面Si濃度1×1018cm−3、比抵抗r=0.009ΩcmにI型の試料1、2、3、5、8〜19、22〜24がある。試料数は19個である。II型でも試料25、29、30、31、32、37はこの辺りに分布している。合計の試料数は25個である。比抵抗は表面での値を計測しており、SiはSIMSで表面のSi原子数を数えているからI型でSi濃度が同じなら比抵抗も同じというのは頷ける。それは表面がC面でSiしか吸収できないI型では表面近くで酸素の作用がないからである。F面を表面に持っていたII型でも試料25、29、30、31、37はF面部(ファセット)での酸素濃度がSi濃度と同じ(試料25、37)か、Si濃度より小さい(試料29、30、31)かであるから、C面(F面でも同じ)Si濃度1×1018cm−3の時、比抵抗rは0.007〜0.008Ωcm程度となる。r=0.009Ωcmとの僅かな差はF面の酸素ドープに起因すると推定される。
試料32はF面の酸素濃度が5×1018cm−3でSi濃度より大きいのに0.0075Ωcmとなっている。これは測定の誤りであろうかと思われる。
比抵抗はキャリヤ濃度に反比例する筈だから移動度が同じであれば、Si濃度、比抵抗の座標点は、対数方眼紙でSi=1×1018cm−3、r=0.009ΩcmとSi=1019cm−3、r=0.0009Ωcmを結ぶ線(図27;破線で示す)上に並ぶ筈である。I型でも試料20、21、4、7は破線の上にある。Siドープ量を増やしてもそれに比例して比抵抗が下がらない(導電率が上がらない)ということである。それはドーピング量が増えると散乱が増えてキャリヤの移動度が下がるためと思われる。II型の場合、酸素の寄与で比抵抗が下がるはずであるが、破線より上のII型の試料26、38、27、39はSi濃度より酸素濃度が低いので酸素の寄与が弱いのであろう。
I型の試料7はSiドーピングが5×1019cm−3という非常な高濃度である。それで比抵抗r=0.0018Ωcmである。導電性の高い良い基板である。これは試料全部を通じてSiドーピングの最高値である。これほど高濃度ドーピングしても試料7は反りが4.7mで、クラック発生率が17%である。クラック発生、反り共に大きいがそれでも使用に耐える値である。Siをそのように高濃度にドーピングしても構造が崩れないのは、異種構造HZYZH…という内部構造を持ち応力が低減されているからである。表面が平坦の場合C面成長させると特許文献2、3のようにクラック発生率100%で使いものにならなかったが、本発明は被覆部を作りファセット成長させるので、最終的に平坦表面を持つようになったI型であって高濃度Siドープしてもなお結晶は堅牢、構造は堅固だということである。図27の右端に離れた試料7はそういうことを言っている。
II型の試料36はSi濃度がSi=1×1019cm−3であるが比抵抗はr=0.0015Ωcmで試料中最小である。導電性が最も優れている。これはF面の酸素濃度がO=1×1019cm−3で酸素、Si濃度共に高い。高い酸素濃度とSi濃度が高い導電性σ=667/Ωcmをもたらすのである。導電性σというのは比抵抗の逆数である。σ=r−1。試料36はクラック発生率が18%、反りが4.8mであり機械的性質はあまり良くないがそれでも十分有効に利用出来る範囲である。
II型で酸素が重要だというのは試料28と36を比較すれば良く分かる。何れもSi=1×1019cm−3であるが酸素濃度が違う。試料28はO=1×1018cm−3、試料36はO=1×1019cm−3である。試料28の比抵抗r=0.002Ωcm、試料36の比抵抗r=0.0015Ωcmの違いは酸素量の違いに起因すると考えることができる。
試料33はSi=1×1018cm−3であるのに、比抵抗r=0.002Ωcmであり試料1、2、3…の25個の試料より比抵抗が1/5程度に小さい。これは酸素Oの働きで比抵抗が下がっているのである。O=1×1019cm−3でSiの10倍もあるから比抵抗がこれ程下がるのであろう。
比抵抗の最大値はr=0.01Ωcmで試料6がこれを与える。I型でSi=1×1017cm−3である。先程のSi=1×1018cm−3付近の25個の試料(1、2、3…)と比べると、Si濃度が1/10なのだから比抵抗は0.09Ωcm程度の筈であるが0.01Ωcmという測定値になっている。試料6はクラック発生率3%、反り曲率半径6.5mなのでSiドープ量は少ない筈でSi=1×1017cm−3は正しい測定値と推測される。SIMSは一箇所の定点でSi濃度を測定するのでSi濃度の揺らぎがあって平均濃度はもっと多いのかも知れない。或いは比抵抗測定に誤りがあるのかも知れない。本発明の基板の比抵抗rの範囲は0.0015Ωcm≦r≦0.01Ωcmである。
FIG. 27 shows the C-plane Si doping amount (cm −3 ) of the sample and the surface specific resistance (Ωcm) as two-dimensional coordinates on a logarithmic graph paper. White circles indicate type I, white triangles indicate type II, and x indicates a comparative example. The numbers are sample numbers. There are I-
Since the specific resistance should be inversely proportional to the carrier concentration, if the mobility is the same, the coordinate points of the Si concentration and specific resistance are Si = 1 × 10 18 cm −3 , r = 0.09Ωcm and Si = They should be arranged on a line connecting 10 19 cm −3 and r = 0.0009 Ωcm (FIG. 27; indicated by a broken line).
The I-
Type II
The fact that oxygen is important for Type II can be seen by comparing
The
The maximum value of the specific resistance is r = 0.01 Ωcm, which is given by the
図28はII型の試料25〜39についてF面(ファセット)のシリコン濃度(cm−3)を横軸に、F面の酸素濃度(密度)(cm−3)を縦軸にとって白三角で表したグラフである。
対角線上にある試料25、37、36はF面のシリコン、酸素濃度が等しい。試料25、37はSi、Oとも1×1018cm−3である。比抵抗は共に8×10−3Ωcmである。
対角線より下にある試料31、30、29、38、26、27、39、28はSi濃度の方が酸素濃度より大きい(SiF>OF)。試料39、27共にSi=7×1018cm−3、O=1×1018cm−3である。比抵抗は共に4×10−3Ωcmである。これらの結果は、F面のSi、O濃度が等しいと比抵抗も等しくなることが多いということを示唆する。Si=1×1018cm−3である試料25、37、31、30、29は酸素濃度がO≦1×1018cm−3であるが、比抵抗が8×、8×、7.5×、7.9×、8×10−3Ωcmなので、Si濃度が比抵抗を大きく支配している。それは酸素濃度が低いからである。
酸素濃度が10×1018cm−3の試料33、34、35、36は比抵抗が2×、1.9×、1.8×、1.5×10−3Ωcmであって何れも比抵抗が低い。高濃度酸素のため比抵抗が低く(伝導率が高く)なっている。比抵抗の違いは、Si濃度の違いに起因するのであろう。Si濃度は試料33、34、35、36について1×、4×、7×、10×1018cm−3である。酸素濃度が高くSi濃度も高いと比抵抗が下がる、ということが分かる。
Si濃度が同じで酸素濃度の違う試料を比べてみよう。試料36、28はSi濃度が共に10×1018cm−3であるが、酸素濃度が10倍違う。比抵抗は1.5×、2×10−3Ωcmだから、1.3倍異なる。試料35、27はSi濃度が共に7×1018cm−3であるが、酸素濃度が10倍異なる。比抵抗は1.8×、4×10−3Ωcmなので、2.2倍違う。試料33、25はSi濃度が共に1×1018cm−3であるが、酸素濃度が10倍違う。比抵抗は2×、8×10−3Ωcmだから4倍違う。これらの結果からII型の場合、F面のSi濃度、酸素濃度が高いほど比抵抗が下がるが、それは1次に反比例するのではなく平方根に反比例するのかも知れない。
FIG. 28 is a white triangle for type II samples 25-39 with the silicon concentration (cm −3 ) on the F plane (facet) on the horizontal axis and the oxygen concentration (density) (cm −3 ) on the F plane on the vertical axis. It is a graph.
In the
Compare samples with the same Si concentration but different oxygen concentrations.
図29はII型での試料25〜39の、C面でのSi濃度とF面でのSi濃度を横軸、縦軸に取って示したグラフである。試料25、29、30、31、32、33、37は何れもSi濃度が1×1018cm−3でC面でもF面でも等しい。試料26、34、38は何れもSi濃度が4×1018cm−3でC面、F面で等しい。試料27、35、39は何れもSi濃度が7×1018cm−3でC面とF面で等しい。試料36、28は共にSi濃度が10×1018cm−3でありC面とF面で同じである。これらの座標点は45゜の対角線の上に乗る。ということはSiはC面でもF面でも同じだけ入るということである。SiF=SiC これは先程[Si]z=[Si]yと述べたことに等しい。シリコンは面方位依存性がない、ということである。シリコンは面選好性がない。
FIG. 29 is a graph showing the Si concentration on the C plane and the Si concentration on the F plane of
図30はII型での試料25〜39のF面での酸素濃度とC面での酸素濃度を横軸、縦軸にとって示したものである。横軸はF面での酸素濃度(cm−3)である。縦軸はC面での酸素濃度(cm−3)である。試料33、34、35、36はF面で1×1019cm−3であり、C面で1×1015cm−3である。試料25、26、27、28、37…はF面で1×1018cm−3であり、C面で1×1015cm−3である。試料29、30はF面で5×1016、1×1017cm−3であり、C面で1×1015cm−3である。C面もF面も同じ雰囲気にある。F面の酸素吸収量が100倍も200倍も違うのに、C面の酸素吸収がどれもこれも1×1015cm−3というのはおかしい。C面の酸素吸収はF面の酸素吸収に比例する筈である。
酸素濃度1×1015cm−3というのはこのSIMS機械による酸素の検出限界なのだろうと思われる。1×1015cm−3の酸素量だと全て1×1015cm−3だと表示するのであろう。F面で1×1019cm−3、C面で1×1015cm−3が正しいとすれば、比率は104倍である。図30に45゜の破線で示すように、F面濃度がより低い場合は、矢印に示すようにF面濃度点から下へ下がったところにC面濃度があるのであろう。試料25、26、27…に対し、F面酸素濃度が1×1018cm−3ならば、C面酸素濃度は1×1014cm−3なのである。検出限界以下なのでそれが分からないのであろう。表1のC面酸素濃度は全て1×1015cm−3となっている。それは正しくなくて限界以下なので測定できないということである。ということはC面酸素濃度は0と見て良いのである。C面成長領域Yの酸素濃度は0である。つまりOC=[O]y=0なのである。
FIG. 30 shows the oxygen concentration on the F-plane and the oxygen concentration on the C-plane of
The oxygen concentration of 1 × 10 15 cm −3 seems to be the limit of oxygen detection by this SIMS machine. All 1 × 10 15 that's the amount of oxygen in cm -3 will to display that it is 1 × 10 15 cm -3. F surface is 1 × 10 19 cm -3, when 1 × 10 15 and cm -3 is correct C-plane, the ratio is 10 4 times. As shown by the broken line at 45 ° in FIG. 30, when the F-plane density is lower, there is probably a C-plane density at a position where the F-plane density point is lowered as shown by the arrow. If the F-plane oxygen concentration is 1 × 10 18 cm −3 for the
II型の場合、4つの濃度パラメータが存在した。C面でのSi濃度、C面での酸素濃度、F面でのSi濃度、F面での酸素濃度である。C面での酸素濃度が0だということが分かった。OC=0、F面とC面でのSi濃度が等しいと言う事が分かった(SiC=SiF)。ということは自由になるパラメータの数は2つだということである。F面での酸素濃度OF=[O]z、共通のSi濃度SiF=[Si]z=SiC=[Si]y の2つである。これを簡単に[O]、[Si]と書く。 I型の場合は表面がC面なので[Si]だけが存在する。それは図27の白丸1、2、3、5、8〜19、22〜24がSi=1×1018cm−3、比抵抗r=9×10−3Ωcmに局在していることに対応する。試料20、21、4、7はI型でSi濃度がより高く比抵抗がより低くなっている。Si=1×1018cm−3、r=9×10−3Ωcmの点を通る直線でこれらの点を近似すると、Si=1×1019cm−3、r=4.4×10−3Ωcmを通る一点鎖線が得られる。この2点を通る直線ということで比抵抗r,Si濃度の関係を求めると、
logr=3.55−0.311log[Si]
というような近似式をI型に関して得る事ができる。。比抵抗の単位を1×10−3Ωcmにしてr’で表現すると、r=r’×10−3。Si濃度の単位を1×1018cm−3としSi’で表現すると、[Si’]×1018=[Si]と置くことができる。このような比抵抗r’とSi濃度Si’の関係はI型に関し、
logr’=−0.311log[Si’]+0.954
というようになる。これは図27の破線の近似式である。試料7(r’=1.8、Si’=50、試料6(r’=10、Si’=0.1)はその線より下方に外れる。これは定数項を+0.689以上とすれば含めることができる。試料20(r’=7、Si’=4)、試料4(r’=4.7、Si’=10)はその線より上に外れる。これは定数項を1.032以下とすれば含めることができる。つまりI型の試料を全部含める式は、
0.689≦logr’+0.311log[Si’]≦1.032
直線でSi濃度の1次に反比例せず、0.311乗に反比例する依存性のように見える。1乗に反比例しないのはよく分からない。Si濃度が増えると電子移動度が減るのでその効果かも知れない。その点ははっきりしない。それでもI型はSiだけが表面にあるから話はより単純である。
II型の場合はより複雑である。図27でII型(白三角)はSi濃度が同じでも比抵抗が違う。試料25、29、30、31、32、33、37は[Si]=1×1018cm−3であるが、比抵抗が違う。試料38、26、34は[Si]=4×1018cm−3であるが比抵抗は違う。Si濃度だけでは比抵抗が決まらない。酸素濃度が問題になる。
For type II, there were four concentration parameters. These are the Si concentration on the C plane, the oxygen concentration on the C plane, the Si concentration on the F plane, and the oxygen concentration on the F plane. It was found that the oxygen concentration on the C plane was zero. It was found that O C = 0 and the Si concentration in the F plane and C plane was equal (Si C = Si F ). This means that the number of free parameters is two. The oxygen concentration at the F plane is O F = [O] z , and the common Si concentration is Si F = [Si] z = Si C = [Si] y . This is simply written as [O], [Si]. In the case of type I, only [Si] exists because the surface is a C plane. That corresponds to
logr = 3.55-0.311 log [Si]
An approximate expression like this can be obtained for type I. . When the specific resistance unit is 1 × 10 −3 Ωcm and expressed by r ′, r = r ′ × 10 −3 . When the unit of Si concentration is 1 × 10 18 cm −3 and expressed by Si ′, it can be set as [Si ′] × 10 18 = [Si]. Such a relationship between the specific resistance r ′ and the Si concentration Si ′ relates to the I type,
logr ′ = − 0.311 log [Si ′] + 0.954
And so on. This is an approximate expression of a broken line in FIG. Sample 7 (r ′ = 1.8, Si ′ = 50, Sample 6 (r ′ = 10, Si ′ = 0.1) deviates below the line. If the constant term is +0.689 or more, Sample 20 (r ′ = 7, Si ′ = 4), Sample 4 (r ′ = 4.7, Si ′ = 10) will fall above the line, which is a constant term of 1.032. It can be included if: The formula to include all type I samples is
0.689 ≦ logr ′ + 0.311 log [Si ′] ≦ 1.032
It looks like a dependency that is not inversely proportional to the first order of the Si concentration in a straight line but inversely proportional to the power of 0.311. I'm not sure it's not inversely proportional to the first power. As the Si concentration increases, the electron mobility decreases, which may be the effect. That is not clear. Still, the story is simpler because Type I has only Si on the surface.
The case of type II is more complicated. In FIG. 27, type II (white triangles) have different specific resistances even at the same Si concentration.
図31は、F面での酸素濃度(cm−3)と比抵抗(Ωcm)を二次元座標で表現したものである。酸素濃度が1×1019cm−3の試料33、34、35、36は比抵抗が小さく2×、1.9×、1.8×、1.5×10−3Ωcmである。酸素濃度が高い試料がやはり最小の比抵抗を与える。酸素を高濃度にドープしているがクラック発生率は10、11、14、18%であって22%より低く十分に利用可能である。4つの試料での比抵抗、クラック発生率の違いはSi濃度の違いによる。
試料37、25、38、26は酸素濃度が1×1018cm−3であり、比抵抗は6〜8×10−3Ωcmである。この間の相違はSi濃度による。Si濃度は1〜4×1018cm−3である。酸素濃度の単位を1×1018cm−3としてO’で表現し、先程のI型の−0.311という係数を採用すると、
logr’=−0.311log(1.6[O’]+[Si’])+1.032
となる。これは酸素濃度が1×1018cm−3より低い場合に当てはまる。
試料33、34、35、36は酸素濃度が1×1019cm−3である。Si濃度は、[Si’]=1、4、7、10であり、比抵抗はr’=2、1.9、1.8、1.5である。これも先程の−0.311という係数を採用すると、
logr’=−0.311log([O’]+[Si’])+0.62というようになる。これは酸素濃度が1×1019cm−3より高い場合に当てはまる。
従ってII型の全ての試料を含む式は、
logr’=−0.311log(κ[O’]+[Si’])+S
但しκ=1〜1.6、S=0.62〜1.032というようになる。これは現象論的な式でκ=1.1、1.3、1.5というような場合もあると考えられる。また係数を0.311としたのはI型との整合性のためである。II型独自に考えると係数も0.3〜0.5の間で代わるかも知れない。
κがSiと酸素のドーパントとしての有用性の一つの尺度となる。κ=1というのは酸素もシリコンも同じだけのn型キャリヤを出すということである。κ=1.6というのは、シリコンは酸素の0.625倍しかn型キャリヤを出さないということである。
FIG. 31 represents the oxygen concentration (cm −3 ) and specific resistance (Ωcm) on the F plane in two-dimensional coordinates.
logr ′ = − 0.311 log (1.6 [O ′] + [Si ′]) + 1.032
It becomes. This is true when the oxygen concentration is lower than 1 × 10 18 cm −3 .
logr ′ = − 0.311 log ([O ′] + [Si ′]) + 0.62. This is true when the oxygen concentration is higher than 1 × 10 19 cm −3 .
Thus, the formula containing all samples of type II is
logr ′ = − 0.311 log (κ [O ′] + [Si ′]) + S
However, κ = 1 to 1.6 and S = 0.62 to 1.032. This is a phenomenological formula and it may be considered that κ = 1.1, 1.3, 1.5. The coefficient is set to 0.311 for consistency with the I type. Considering type II, the coefficient may be changed between 0.3 and 0.5.
κ is a measure of the usefulness of Si and oxygen as dopants. κ = 1 means that both oxygen and silicon produce n-type carriers. κ = 1.6 means that silicon produces n-type carriers only 0.625 times oxygen.
図32は、II型の試料のC面シリコン濃度(cm−3)にF面酸素濃度(cm−3)を加えたものを横軸とし、比抵抗(Ωcm)を縦軸にして示すグラフである。つまり横軸は[Si]C+[O]Fである。これは酸素もSiも互いに独立で、独立に数えてそれぞれが一つずつn型キャリヤを出しているのではないか?という仮定を調べるためのものである。そのようにして対数方眼紙に試料の(Si+O)濃度、比抵抗rを取ってみるとその仮定はある程度正しいことが分かる。試料36は最も高濃度にSi+Oがドープされ最も比抵抗の低い試料である。試料36の存在が独立ドーパントの仮定を裏付ける。それだけではない。試料36を始端とし試料35、34、39、27、26、38が同一直線ヌルの上に載っているということが分かる。試料36のヌ点でSi+O=20×1018cm−3、r=1.5×10−3Ωcmである。試料26のル点でSi+O=5×1018cm−3、r=6×10−3Ωcmである。先程と同じように濃度については1018cm−3を単位とし、比抵抗は10−3Ωcmを単位とするSi’,O’、r’を使ってヌ、ル点の座標を表記すると、
ヌ点 [Si’]+[O’]=20
r’ =1.5
ル点 [Si’]+[O’]=5
r’ =6
直線ヌルは丁度45度の右下がり線である。それは比抵抗がSi+Oの合計濃度に反比例するという綺麗な関係が成り立っているということである。直線ヌルの式は、
logr’=1.478−log{[Si’]+[O’]} (ヌル)
となる。logは常用対数を示す。通常の反比例の式で表現すると、
r’=30/{[Si’]+[O’]} (ヌル’)
というような単純な見やすい式となる。SiとOの係数が等しいということはSi、Oの活性化率が等しいことを意味する。単純な反比例関係にあるということは単純な自由電子模型(Drudeモデル)が成り立つということである。1/r=σ=neμである。nはn型キャリヤ濃度、eは電子電荷、μは移動度である。SiとOの係数が等しいので、SiとOの活性化率νがほぼ等しくてνSi=νO=νとすると、n型キャリヤ濃度nはn=ν{[Si]+[O]}となる。すると、
r=1/[eνμ{[Si]+[O]}]
となる。r=r’×10−3Ωcm、[Si]+[O]={[Si’]+[O’]}×1018cm−3だから、
r’×10−3=1/[eνμ{[Si’]+[O’]}×1018]
これと上の式ヌル’が等しいとすると、
eνμ=103/30×1018=33×10−18
ということになる。e=1.6×10−19である。これで割って、
νμ=206cm2/Vs
というようになる。これだけのデータではνが幾らかは分からない。もしも活性化率がν=1に近いとすると移動度は200cm2/Vsということになる。
比抵抗r’と濃度和[Si’]+[O’]の積が30であるとする式は図32において、試料36、35、34、39、27、26、38に当てはまり良い近似式である。しかしその直線から外れて試料25、37、31、30、29、28、33などがある。これらの試料についても比抵抗を濃度和の関数として表現しなければならない。試料30(ヲ点)はSi+O=1.1×1018cm−3、r=7.9×10−3Ωcmである。ヌ(試料36)、ヲ点(試料30)を結ぶ直線ヌヲの式を考える。
ヌ点 [Si’]+[O’]=20
r’ =1.5
ヲ点 [Si’]+[O’]=1.1
r’ =7.9
なので直線ヌヲの式は、
logr’=0.9213−0.5728log{[Si’]+[O’]}(ヌヲ)
というようになる。これは対数を用いず累べきで表示すると、
r’=8.34257/{[Si’]+[O’]}0.5728
ということになる。
試料32は除いて、その他のII型は直線ヌヲと直線ヌルの間にある。つまり次の不等式で決まる比抵抗を与えるということである。
0.9213−0.5728log{[Si’]+[O’]}≦logr’≦1.478−log{[Si’]+[O’]}
これは32を除くII型の全ての試料の濃度、比抵抗の関係を表現できる。累べきで表現すると、
8.34257/{[Si’]+[O’]}0.5728≦r’≦30/{[Si’]+[O’]}
というようになる。II型に関してそのような関係が成り立つということはSiもOも互いに妨げ合う事なく、ドナーとして一つずつn型キャリヤを出しているということを示唆する。SiとOの二重ドーピングは好都合な性質を持つということである。
FIG. 32 is a graph showing the value obtained by adding the F-plane oxygen concentration (cm −3 ) to the C-plane silicon concentration (cm −3 ) of the type II sample on the horizontal axis and the specific resistance (Ωcm) on the vertical axis. is there. That is, the horizontal axis is [Si] C + [O] F. This is because oxygen and Si are independent from each other, and each counts independently, and each of them produces n-type carriers. This is to examine the assumption. When the (Si + O) concentration of the sample and the specific resistance r are taken on the logarithmic graph paper in this way, it can be seen that the assumption is correct to some extent.
Point [Si '] + [O'] = 20
r ′ = 1.5
Point [Si ′] + [O ′] = 5
r '= 6
A straight null is a right descending line of exactly 45 degrees. That is, a beautiful relationship is established that the specific resistance is inversely proportional to the total concentration of Si + O. The straight null formula is
logr ′ = 1.478−log {[Si ′] + [O ′]} (null)
It becomes. log represents a common logarithm. Expressed in the usual inverse proportion formula,
r ′ = 30 / {[Si ′] + [O ′]} (null ′)
This is a simple and easy-to-see expression. The fact that the coefficients of Si and O are equal means that the activation rates of Si and O are equal. A simple inverse proportionality means that a simple free electron model (Drude model) holds. 1 / r = σ = neμ. n is the n-type carrier concentration, e is the electronic charge, and μ is the mobility. Since the coefficients of Si and O are equal, if the activation rates ν of Si and O are substantially equal and ν Si = ν O = ν, the n-type carrier concentration n is n = ν {[Si] + [O]}. Become. Then
r = 1 / [eνμ {[Si] + [O]}]
It becomes. Since r = r ′ × 10 −3 Ωcm, [Si] + [O] = {[Si ′] + [O ′]} × 10 18 cm −3 ,
r ′ × 10 −3 = 1 / [eνμ {[Si ′] + [O ′]} × 10 18 ]
If this and the above expression 'null' are equal,
eνμ = 10 3/30 × 10 18 = 33 × 10 -18
It turns out that. e = 1.6 × 10 −19 . Divide by this
νμ = 206 cm 2 / Vs
And so on. With this amount of data, I don't know what ν is. If the activation rate is close to ν = 1, the mobility is 200 cm 2 / Vs.
The equation that the product of the specific resistance r ′ and the concentration sum [Si ′] + [O ′] is 30 is an approximation that is good for the
Point [Si '] + [O'] = 20
r ′ = 1.5
W [Si '] + [O'] = 1.1
r ′ = 7.9
So the equation for the straight line is
logr ′ = 0.9213−0.5728 log {[Si ′] + [O ′]} (nuwo)
And so on. This should be displayed without logarithm,
r ′ = 8.334257 / {[Si ′] + [O ′]} 0.5728
It turns out that.
Except for
0.9213-0.5728 log {[Si ′] + [O ′]} ≦ logr ′ ≦ 1.478−log {[Si ′] + [O ′]}
This can express the relationship between the concentration and specific resistance of all samples of type II except 32. Expressed in terms of power,
8.34257 / {[Si ′] + [O ′]} 0.5728 ≦ r ′ ≦ 30 / {[Si ′] + [O ′]}
And so on. The fact that such a relationship holds with respect to type II suggests that Si and O do not interfere with each other and that n-type carriers are emitted one by one as donors. This means that the double doping of Si and O has favorable properties.
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 ELO法マスクの窓
T 転位
G 結晶
F ファセット
C C面
P ピット(ファセットピット)
V 成長方向(法線方向)
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 ELO mask window
T dislocation
G crystal
F facet
C C side
P pit (facet pit)
V Growth direction (normal 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 Base substrate
7 First source gas supply pipe
8 Second source gas supply pipe
9 Gas exhaust pipe
10 Third source gas supply pipe
Claims (36)
logr=3.55−0.311log[Si]
(logは常用対数)によって比抵抗が与えられることを特徴とする請求項2に記載の導電性窒化物半導体基板の製造方法。 When the specific resistance is expressed by r and the Si concentration is expressed by [Si],
logr = 3.55-0.311 log [Si]
3. The method of manufacturing a conductive nitride semiconductor substrate according to claim 2, wherein specific resistance is given by (log is a common logarithm).
logr’=−0.311log[Si’]+0.954
(logは常用対数)によって比抵抗が与えられることを特徴とする請求項2に記載の導電性窒化物半導体基板の製造方法。 When the specific resistance r is expressed by r ′ × 10 −3 Ωcm and the Si concentration [Si] is expressed by [Si] = [Si ′] × 10 18 cm −3 ,
logr ′ = − 0.311 log [Si ′] + 0.954
3. The method of manufacturing a conductive nitride semiconductor substrate according to claim 2, wherein specific resistance is given by (log is a common logarithm).
0.689≦logr’+0.311log[Si’]≦1.032
(logは常用対数)によって比抵抗が与えられることを特徴とする請求項2に記載の導電性窒化物半導体基板の製造方法。 When the specific resistance r is expressed by r ′ × 10 −3 Ωcm and the Si concentration [Si] is expressed by [Si] = [Si ′] × 10 18 cm −3 ,
0.689 ≦ logr ′ + 0.311 log [Si ′] ≦ 1.032
3. The method of manufacturing a conductive nitride semiconductor substrate according to claim 2, wherein specific resistance is given by (log is a common logarithm).
logr’=−0.311log(1.6[O’]+[Si’])+1.032
によって比抵抗が表現されることを特徴とする請求項12に記載の導電性窒化物半導体基板の製造方法。 Specific resistance r is r ′ × 10 −3 Ωcm, Si concentration [Si] is [Si] = [Si ′] × 10 18 cm −3 , and oxygen concentration [O] is [O ′] × 10 18 cm −3 . When expressed
logr ′ = − 0.311 log (1.6 [O ′] + [Si ′]) + 1.032
The method of manufacturing a conductive nitride semiconductor substrate according to claim 12, wherein the specific resistance is expressed by:
logr’=−0.311log([O’]+[Si’])+0.62
によって比抵抗が表現されることを特徴とする請求項12に記載の導電性窒化物半導体基板の製造方法。 Specific resistance r is r ′ × 10 −3 Ωcm, Si concentration [Si] is [Si] = [Si ′] × 10 18 cm −3 , and oxygen concentration [O] is [O ′] × 10 18 cm −3 . When expressed
logr ′ = − 0.311 log ([O ′] + [Si ′]) + 0.62
The method of manufacturing a conductive nitride semiconductor substrate according to claim 12, wherein the specific resistance is expressed by:
logr’=−0.311log(κ[O’]+[Si’])+S
(但しκ=1〜1.6、S=0.62〜1.032)によって比抵抗が表現されることを特徴とする請求項12に記載の導電性窒化物半導体基板の製造方法。 Specific resistance r is r ′ × 10 −3 Ωcm, Si concentration [Si] is [Si] = [Si ′] × 10 18 cm −3 , and oxygen concentration [O] is [O ′] × 10 18 cm −3 . When expressed
logr ′ = − 0.311 log (κ [O ′] + [Si ′]) + S
13. The method of manufacturing a conductive nitride semiconductor substrate according to claim 12, wherein the specific resistance is expressed by (where κ = 1 to 1.6, S = 0.62 to 1.032).
logr=3.55−0.311log[Si]
(logは常用対数)によって比抵抗が与えられることを特徴とする請求項21に記載の導電性窒化物半導体基板。 When the specific resistance is expressed by r and the Si concentration by [Si]
logr = 3.55-0.311 log [Si]
The conductive nitride semiconductor substrate according to claim 21, wherein a specific resistance is given by (log is a common logarithm).
logr’=−0.311log[Si’]+0.954
(logは常用対数)によって比抵抗が与えられることを特徴とする請求項21に記載の導電性窒化物半導体基板。 When the specific resistance r is expressed by r ′ × 10 −3 Ωcm and the Si concentration [Si] is expressed by [Si] = [Si ′] × 10 18 cm −3 ,
logr ′ = − 0.311 log [Si ′] + 0.954
The conductive nitride semiconductor substrate according to claim 21, wherein a specific resistance is given by (log is a common logarithm).
0.689≦logr’+0.311log[Si’]≦1.032
(logは常用対数)によって比抵抗が与えられることを特徴とする請求項21に記載の導電性窒化物半導体基板。 When the specific resistance r is expressed by r ′ × 10 −3 Ωcm and the Si concentration [Si] is expressed by [Si] = [Si ′] × 10 18 cm −3 ,
0.689 ≦ logr ′ + 0.311 log [Si ′] ≦ 1.032
The conductive nitride semiconductor substrate according to claim 21, wherein a specific resistance is given by (log is a common logarithm).
logr’=−0.311log(1.6[O’]+[Si’])+1.032
によって比抵抗が表現されることを特徴とする請求項27に記載の導電性窒化物半導体基板。 Specific resistance r is r ′ × 10 −3 Ωcm, Si concentration [Si] is [Si] = [Si ′] × 10 18 cm −3 , and oxygen concentration [O] is [O ′] × 10 18 cm −3 . When expressed
logr ′ = − 0.311 log (1.6 [O ′] + [Si ′]) + 1.032
28. The conductive nitride semiconductor substrate according to claim 27, wherein a specific resistance is expressed by:
logr’=−0.311log([O’]+[Si’])+0.62
によって比抵抗が表現されることを特徴とする請求項27に記載の導電性窒化物半導体基板。 Specific resistance r is r ′ × 10 −3 Ωcm, Si concentration [Si] is [Si] = [Si ′] × 10 18 cm −3 , and oxygen concentration [O] is [O ′] × 10 18 cm −3 . When expressed
logr ′ = − 0.311 log ([O ′] + [Si ′]) + 0.62
28. The conductive nitride semiconductor substrate according to claim 27, wherein a specific resistance is expressed by:
logr’=−0.311log(κ[O’]+[Si’])+S
(但しκ=1〜1.6、S=0.62〜1.032)によって比抵抗が表現されることを特徴とする請求項27に記載の導電性窒化物半導体基板。 Specific resistance r is r ′ × 10 −3 Ωcm, Si concentration [Si] is [Si] = [Si ′] × 10 18 cm −3 , and oxygen concentration [O] is [O ′] × 10 18 cm −3 . When expressed
logr ′ = − 0.311 log (κ [O ′] + [Si ′]) + S
28. The conductive nitride semiconductor substrate according to claim 27, wherein the specific resistance is expressed by (where κ = 1 to 1.6, S = 0.62 to 1.032).
logr’=1.478−log{[Si’]+[O’]}
によって比抵抗が表現されることを特徴とする請求項27に記載の導電性窒化物半導体基板。 Specific resistance r is r ′ × 10 −3 Ωcm, Si concentration [Si] is [Si] = [Si ′] × 10 18 cm −3 , and oxygen concentration [O] is [O ′] × 10 18 cm −3 . When expressed
logr ′ = 1.478−log {[Si ′] + [O ′]}
28. The conductive nitride semiconductor substrate according to claim 27, wherein a specific resistance is expressed by:
r’=30/{[Si’]+[O’]}
によって比抵抗が表現されることを特徴とする請求項27に記載の導電性窒化物半導体基板。 Specific resistance r is r ′ × 10 −3 Ωcm, Si concentration [Si] is [Si] = [Si ′] × 10 18 cm −3 , and oxygen concentration [O] is [O ′] × 10 18 cm −3 . When expressed
r ′ = 30 / {[Si ′] + [O ′]}
28. The conductive nitride semiconductor substrate according to claim 27, wherein a specific resistance is expressed by:
0.9213−0.5728log{[Si’]+[O’]}≦logr’≦1.478−log{[Si’]+[O’]}
によって比抵抗が表現されることを特徴とする請求項27に記載の導電性窒化物半導体基板。 Specific resistance r is r ′ × 10 −3 Ωcm, Si concentration [Si] is [Si] = [Si ′] × 10 18 cm −3 , and oxygen concentration [O] is [O ′] × 10 18 cm −3 . When expressed
0.9213-0.5728 log {[Si ′] + [O ′]} ≦ logr ′ ≦ 1.478−log {[Si ′] + [O ′]}
28. The conductive nitride semiconductor substrate according to claim 27, wherein a specific resistance is expressed by:
8.34257/{[Si’]+[O’]}0.5728≦r’≦30/{[Si’]+[O’]}
によって比抵抗が表現されることを特徴とする請求項27に記載の導電性窒化物半導体基板。 Specific resistance r is r ′ × 10 −3 Ωcm, Si concentration [Si] is [Si] = [Si ′] × 10 18 cm −3 , and oxygen concentration [O] is [O ′] × 10 18 cm −3 . When expressed
8.34257 / {[Si ′] + [O ′]} 0.5728 ≦ r ′ ≦ 30 / {[Si ′] + [O ′]}
28. The conductive nitride semiconductor substrate according to claim 27, wherein a specific resistance is expressed by:
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