JP2015530967A

JP2015530967A - ビスマスでドープされた半絶縁ｉｉｉ族窒化物ウエハおよびその生産方法

Info

Publication number: JP2015530967A
Application number: JP2015528453A
Authority: JP
Inventors: 忠朗橋本; エドワードレッツ，; シエラホフ，
Original assignee: Seoul Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Seoul Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2015-10-29
Anticipated expiration: 2033-02-28
Also published as: US20160130720A1; CN104781456A; US20140054589A1; KR102062901B1; US9435051B2; EP2888390A1; JP2019011245A; WO2014031152A1; KR20150092083A; TWI602222B; CN104781456B; JP6457389B2; US9255342B2; TW201413792A

Abstract

本発明は、ビスマス（Ｂｉ）でドープされたＧａｘＡｌｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≰ｘ≰１、０≰ｘ＋ｙ≰１）の半絶縁ウエハを開示する。半絶縁ウエハは、抵抗率１０４オーム・ｃｍ以上を有する。ＩＩＩ族窒化物の単結晶インゴットを得ることは非常に困難であるが、アモノサーマル法は、１０５ｃｍ−２未満の転位／粒界の密度を有する、ＩＩＩ族窒化物の高配向多結晶または単結晶インゴットを成長させることができる。本発明はまた、半絶縁ＩＩＩ族窒化物バルク結晶およびウエハを加工する方法も開示する。

Description

（関連出願への相互参照）
本出願は、２０１２年８月２４日に出願された、ＴａｄａｏＨａｓｈｉｍｏｔｏ，ＥｄｗａｒｄＬｅｔｔｓ，およびＳｉｅｒｒａＨｏｆｆの「ＢＩＳＭＵＴＨ−ＤＯＰＥＤＳＥＭＩ−ＩＮＳＵＬＡＴＩＮＧＧＲＯＵＰＩＩＩＮＩＴＲＩＤＥＷＡＦＥＲＡＮＤＩＴＳＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮＭＥＴＨＯＤ」とう題名の米国出願第６１／６９３，１２２号（ａｔｔｏｒｎｅｙｄｏｃｋｅｔｎｕｍｂｅｒＳＩＸＰＯＩ−０１３ＵＳＰＲＶ１）に対して優先権の利益を主張する。上記出願は、以下に全てを提示するようにその全体として参照することによって本明細書において援用される。
本出願は、以下の米国特許出願：
２００５年７月８日に出願された、ＫｅｎｊｉＦｕｊｉｔｏ，ＴａｄａｏＨａｓｈｉｍｏｔｏ，およびＳｈｕｊｉＮａｋａｍｕｒａの「ＭＥＴＨＯＤＦＯＲＧＲＯＷＩＮＧＧＲＯＵＰＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥＣＲＹＳＴＡＬＳＩＮＳＵＰＥＲＣＲＩＴＩＣＡＬＡＭＭＯＮＩＡＵＳＩＮＧＡＮＡＵＴＯＣＬＡＶＥ」という題名のＰＣＴ特許出願第ＵＳ２００５／０２４２３９号（ａｔｔｏｒｎｅｙｓ’ ｄｏｃｋｅｔｎｕｍｂｅｒ３０７９４．０１２９−ＷＯ−０１（２００５−３３９−１））、
米国特許法Ｓｅｃｔｉｏｎ１１９（ｅ）下で、２００６年４月７日に出願された、ＴａｄａｏＨａｓｈｉｍｏｔｏ，ＭａｋｏｔｏＳａｉｔｏ，およびＳｈｕｊｉＮａｋａｍｕｒａの「ＭＥＴＨＯＤＦＯＲＧＲＯＷＩＮＧＬＡＲＧＥＳＵＲＦＡＣＥＡＲＥＡＧＡＬＬＩＵＭＮＩＴＲＩＤＥＣＲＹＳＴＡＬＳＩＮＳＵＰＥＲＣＲＩＴＩＣＡＬＡＭＭＯＮＩＡＡＮＤＬＡＲＧＥＳＵＲＦＡＣＥＡＲＥＡＧＡＬＬＩＵＭＮＩＴＲＩＤＥＣＲＹＳＴＡＬＳ」という題名の米国仮特許出願第６０／７９０，３１０号（ａｔｔｏｒｎｅｙｓｄｏｃｋｅｔｎｕｍｂｅｒ３０７９４．１７９−ＵＳ−Ｐ１（２００６−２０４））の利益を主張する、２００７年４月６日に出願された、ＴａｄａｏＨａｓｈｉｍｏｔｏ，ＭａｋｏｔｏＳａｉｔｏ，およびＳｈｕｊｉＮａｋａｍｕｒａの「ＭＥＴＨＯＤＦＯＲＧＲＯＷＩＮＧＬＡＲＧＥＳＵＲＦＡＣＥＡＲＥＡＧＡＬＬＩＵＭＮＩＴＲＩＤＥＣＲＹＳＴＡＬＳＩＮＳＵＰＥＲＣＲＩＴＩＣＡＬＡＭＭＯＮＩＡＡＮＤＬＡＲＧＥＳＵＲＦＡＣＥＡＲＥＡＧＡＬＬＩＵＭＮＩＴＲＩＤＥＣＲＹＳＴＡＬＳ」という題名の米国特許出願第１１／７８４，３３９号（ａｔｔｏｒｎｅｙｓｄｏｃｋｅｔｎｕｍｂｅｒ３０７９４．１７９−ＵＳ−Ｕ１（２００６−２０４））、
２００７年９月１９日に出願された、ＴａｄａｏＨａｓｈｉｍｏｔｏおよびＳｈｕｊｉＮａｋａｍｕｒａの「ＧＡＬＬＩＵＭＮＩＴＲＩＤＥＢＵＬＫＣＲＹＳＴＡＬＳＡＮＤＴＨＥＩＲＧＲＯＷＴＨＭＥＴＨＯＤ」という題名の米国特許出願第６０／９７３，６６２号（ａｔｔｏｒｎｅｙｓｄｏｃｋｅｔｎｕｍｂｅｒ３０７９４．２４４−ＵＳ−Ｐ１（２００７−８０９−１））、
２００７年１０月２５日に出願された、ＴａｄａｏＨａｓｈｉｍｏｔｏの「ＭＥＴＨＯＤＦＯＲＧＲＯＷＩＮＧＧＲＯＵＰＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥＣＲＹＳＴＡＬＳＩＮＡＭＩＸＴＵＲＥＯＦＳＵＰＥＲＣＲＩＴＩＣＡＬＡＭＭＯＮＩＡＡＮＤＮＩＴＲＯＧＥＮ，ＡＮＤＧＲＯＵＰＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥＣＲＹＳＴＡＬＳＧＲＯＷＮＴＨＥＲＥＢＹ」という題名の米国特許出願第１１／９７７，６６１号（ａｔｔｏｒｎｅｙｓｄｏｃｋｅｔｎｕｍｂｅｒ３０７９４．２５３−ＵＳ−Ｕ１（２００７−７７４−２））、
２００８年２月２５日に出願された、ＴａｄａｏＨａｓｈｉｍｏｔｏ，ＥｄｗａｒｄＬｅｔｔｓ，ＭａｓａｎｏｒｉＩｋａｒｉの「ＭＥＴＨＯＤＦＯＲＰＲＯＤＵＣＩＮＧＧＲＯＵＰＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥＷＡＦＥＲＳＡＮＤＧＲＯＵＰＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥＷＡＦＥＲＳ」という題名の米国特許出願第６１／０６７，１１７号（ａｔｔｏｒｎｅｙｓｄｏｃｋｅｔｎｕｍｂｅｒ６２１５８−３０００２．００）、
２００８年６月４日に出願された、ＥｄｗａｒｄＬｅｔｔｓ，ＴａｄａｏＨａｓｈｉｍｏｔｏ，ＭａｓａｎｏｒｉＩｋａｒｉの「ＭＥＴＨＯＤＳＦＯＲＰＲＯＤＵＣＩＮＧＩＭＰＲＯＶＥＤＣＲＹＳＴＡＬＬＩＮＩＴＹＧＲＯＵＰＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥＣＲＹＳＴＡＬＳＦＲＯＭＩＮＩＴＩＡＬＧＲＯＵＰＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥＳＥＥＤＢＹＡＭＭＯＮＯＴＨＥＲＭＡＬＧＲＯＷＴＨ」という題名の米国特許出願第６１／０５８，９００号（ａｔｔｏｒｎｅｙｓｄｏｃｋｅｔｎｕｍｂｅｒ６２１５８−３０００４．００）、
２００８年６月４日に出願された、ＴａｄａｏＨａｓｈｉｍｏｔｏ，ＥｄｗａｒｄＬｅｔｔｓ，ＭａｓａｎｏｒｉＩｋａｒｉの「ＨＩＧＨ−ＰＲＥＳＳＵＲＥＶＥＳＳＥＬＦＯＲＧＲＯＷＩＮＧＧＲＯＵＰＩＩＩＮＩＴＲＩＤＥＣＲＹＳＴＡＬＳＡＮＤＭＥＴＨＯＤＯＦＧＲＯＷＩＮＧＧＲＯＵＰＩＩＩＮＩＴＲＩＤＥＣＲＹＳＴＡＬＳＵＳＩＮＧＨＩＧＨ−ＰＲＥＳＳＵＲＥＶＥＳＳＥＬＡＮＤＧＲＯＵＰＩＩＩＮＩＴＲＩＤＥＣＲＹＳＴＡＬ」という題名の米国特許出願第６１／０５８，９１０号（ａｔｔｏｒｎｅｙｓｄｏｃｋｅｔｎｕｍｂｅｒ６２１５８−３０００５．００）、
２００８年６月１２日に出願された、ＴａｄａｏＨａｓｈｉｍｏｔｏ，ＭａｓａｎｏｒｉＩｋａｒｉ，ＥｄｗａｒｄＬｅｔｔｓの「ＭＥＴＨＯＤＦＯＲＴＥＳＴＩＮＧＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥＷＡＦＥＲＳＡＮＤＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥＷＡＦＥＲＳＷＩＴＨＴＥＳＴＤＡＴＡ」という題名の米国特許出願第６１／１３１，９１７号（ａｔｔｏｒｎｅｙｓｄｏｃｋｅｔｎｕｍｂｅｒ６２１５８−３０００６．００）
に関連する。上記出願は、以下に全てを提示するようにそれらの全体として参照することによって援用される。

（背景）
発明分野
本発明は、トランジスタ等の電子素子を含む、種々の素子のために使用される半導体ウエハに関する。より具体的には、本発明は、ＩＩＩ族窒化物から成る化合物半導体ウエハに関する。

現存テクノロジーの説明
（注：本特許出願は、括弧内の数字、例えば、［ｘ］を用いて示されるように、いくつかの刊行物および特許を参照する。これらの刊行物および特許の一覧は、「参考文献」という表題の項に見出すことができる。）

窒化ガリウム（ＧａＮ）およびその関連ＩＩＩ族窒化物合金は、マイクロ波電力トランジスタおよびソーラー・ブラインド型光検出器等の種々の電子素子のための重要な材料である。しかしながら、これらの素子の大部分は、ＧａＮウエハが、ヘテロエピタキシャル基板と比較して、非常に高価であるため、サファイアおよび炭化ケイ素等の異種基板（または、ウエハ）上にエピタキシャルに成長される。ＩＩＩ族窒化物のヘテロエピタキシャル成長は、著しく欠陥またはさらに亀裂がある膜を生じさせ、高電力マイクロ波トランジスタ等の高性能電子素子の実現を妨害する。

へテロエピタキシによって生じるあらゆる基本問題を解決するために、バルクＩＩＩ族窒化物結晶インゴットからスライスされたＩＩＩ族窒化物ウエハを利用することが不可欠である。素子の大部分に関して、ＧａＮウエハは、ウエハの伝導性を制御することが比較的に容易であり、ＧａＮウエハが、素子層と最小格子／熱不整合を提供するであろうため、好ましい。しかしながら、高融点および高温における高窒素蒸気圧のため、ＧａＮ結晶インゴットを成長させることは困難である。現在、市販のＧａＮウエハの大部分は、水素化物気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）と呼ばれる方法によって生産される。ＨＶＰＥは、気相法であり、転位密度を１０^５ｃｍ^−２未満に低減させることが困難である。

転位および／または粒界の密度が未満１０^５ｃｍ^−２である、高品質ＧａＮウエハを得るために、アモノサーマル成長と呼ばれる新しい方法が、開発されている［１−６］。最近は、１０^５ｃｍ^−２未満の転位および／または粒界の密度を有する高品質ＧａＮウエハが、アモノサーマル成長によって得られることができる。しかしながら、アモノサーマル法によって成長されたＧａＮインゴットは、典型的には、ｎ−型伝導性を示し、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）に好ましくない。高周波数動作のため、伝導性基板は、基板を通して高レベルの静電容量損失を生じさせる。トランジスタの性能を改善するために、半絶縁ウエハが、非常に求められる。

（発明の要約）
本発明は、ビスマス（Ｂｉ）でドープされたＧａ_ｘＡｌ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の半絶縁ウエハを開示する。半絶縁ウエハは、抵抗率１０^４オーム・ｃｍ以上を有する。ＩＩＩ族窒化物の単結晶インゴットを得ることは非常に困難であるが、アモノサーマル法は、１０^５ｃｍ^−２未満の転位／粒界の密度を有するＩＩＩ族窒化物の高配向多結晶インゴットを成長させることができる。

ここで、類似参照番号が全体を通して対応する部品を表す図面を参照する。

図１は、Ｂｉでドープされた半絶縁ＩＩＩ族窒化物ウエハを加工するための典型的プロセスフローである。図２は、ＢｉでドープされたＧａＮバルク結晶の写真である。図中、各番号は、以下を表す。１．ＢｉでドープされたＧａＮバルク結晶

（発明の詳細な説明）
概要
本発明の半絶縁基板は、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）等のＧａＮ系高周波数トランジスタの加工に好適な特性を提供する。ＩＩＩ族窒化物の単結晶基板の欠如のため、ＧａＮ系高周波数トランジスタが、いわゆる、サファイア、シリコン、および炭化ケイ素等のヘテロエピタキシャル基板上に加工されている。ヘテロエピタキシャル基板は、ＩＩＩ族窒化物と化学的および物理的に異なるため、素子は、ヘテロエピタキシャル基板と素子層との間の界面に生成される高密度の転位（１０^８〜１０^１０ｃｍ^−２）を含有する。そのような転位は、素子の性能および信頼性を劣化させ、したがって、ＧａＮおよびＡｌＮ等の単結晶ＩＩＩ族窒化物から成る基板が、開発されている。現在、市販のＧａＮ基板の大部分は、ハイドライド気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）を使用して生産されるが、そのプロセスは、転位密度を１０^５ｃｍ^−２未満まで低減させることが困難である。ＨＶＰＥ−ＧａＮ基板の転位密度は、ヘテロエピタキシャル基板上のＧａＮ膜より数桁小さいが、転位密度は、依然として、電子機器内の典型的シリコン素子より数桁大きい。より高い素子性能を達成するために、より低い転位密度が、要求される。１０^５ｃｍ^−２未満の転位密度を達成するために、超臨界アンモニアを利用する、アモノサーマル成長が、現在までに開発されている。現在、アモノサーマル法は、１０^５ｃｍ^−２未満の転位密度を伴うＧａＮウエハを生産することができる。しかしながら、アモノサーマル成長は、典型的には、高レベルの電子を伴う結晶を生産し、したがって、基板は、ｎ型またはｎ＋型である。トランジスタ用途のための低欠陥アモノサーマルウエハを使用するために、抵抗率を増加させることが必要である。

本発明の技術説明
半絶縁基板の本発明は、アモノサーマル成長によって、低転位ＩＩＩ族基板の利点を最大限にすることが予想される。半絶縁ＧａＮ系基板を得るために、遷移金属のドープが、提案されている［７］。しかしながら、開示される方法は、ＨＶＰＥに焦点を当て、１０^５ｃｍ^−２未満の転位密度を有する高品質バルク結晶には適用可能ではない。低転位ＩＩＩ族窒化物バルク結晶を達成するために、アモノサーマル法等のバルク成長法が、使用されなければならない。しかしながら、遷移金属のドープ効率は、アモノサーマル成長では、効率的ではない。したがって、アモノサーマル法と互換性があり、ＩＩＩ族窒化物基板内で半絶縁特性を実現するであろう、新しいドーパントを探した。研究を通して、Ｂｉがアモノサーマル成長におけるドープに好適であることを見出した。

Ｂｉでドープされた半絶縁ＩＩＩ族窒化物ウエハを調製するための典型的プロセスフローは、図１に表される。アモノサーマル法または他のバルク成長法（フラックス法、高圧溶液成長等）を使用することによって、ＢｉでドープされたＩＩＩ族窒化物バルク結晶が、成長される。ＢｉでドープされたＩＩＩ族窒化物バルク結晶は、ウエハにスライスされるために十分に大きくあるべきである。また、ＢｉでドープされたＩＩＩ族窒化物バルク結晶は、１０^５ｃｍ^−２未満の転位および／または粒界の密度を伴う高配向多結晶または単結晶であるべきである。ＢｉでドープされたＩＩＩ族窒化物バルク結晶は、複数のワイヤソーを用いて、ウエハにスライスされ、次いで、ウエハは、研削、ラップ仕上げ、および研磨によって仕上げられる。アモノサーマル法等のバルク成長法を使用することによって、１０^５ｃｍ^−２未満の転位密度が、達成されることができる。商業使用のために、直径が１インチより大きく、２００ミクロンより厚い基板が、好ましい。素子層または構造が形成される表面は、原子レベルまで研磨される。研磨プロセスは、典型的には、ダイヤモンドツールを用いた研削と、ダイヤモンドスラリーを用いたラップ仕上げと、コロイド状シリカを用いた研磨とから成る。仕上げられたウエハは、随意に、仕上げ表面を化学的、物理的、および／または機械的損傷から保護するための保護層を有することができる。

（実施例１）
ＧａＮのバルク結晶が、栄養成分としての多結晶ＧａＮ、溶媒としての超臨界アンモニア、鉱化剤としてのナトリウム（アンモニア内に対して４．５ｍｏｌ％）、およびドーパントとしての元素Ｂｉ（栄養成分に対して６％）を使用して、アモノサーマル法を用いて成長された。元素Ｂｉは、鉱化剤とともに設置された。成長温度は、５００〜６００℃であり、成長は、４日に及んだ。２００ミクロンを超える厚さのＧａＮが、ｃ−平面ＧａＮシード結晶上に成長された［図２］。結晶のサイズは、約１０ｍｍ^２であった。結晶品質は、Ｘ線回折を用いて特性評価された。００２回折の半値全幅（ＦＷＨＭ）は、２３１秒角であり、２０１回折のＦＷＨＭは、４８５秒角であった。０１１、１１０、０１３、０２０、１１２、００４、０２２、１２１、００６等の他の平面からの回折は、測定されないが、同様の数のＦＷＨＭが、予想される。Ｂｉドープを用いても、結晶品質は、著しく劣化されなかった。ＧａＮ結晶の抵抗率が、２プローブ法を用いて測定された。プローブの分離は、２．５ｍｍであり、印加された電圧は、１０Ｖであった。回路を通る電流は、電流計の検出限界（１０マイクロＡ）を下回った。本実験から、抵抗率１０^４オーム・ｃｍ以上であると推定した。図２に示されるように、結晶色は、暗茶色または黒色であった。明らかに、光学吸収係数は、可視波長範囲全体を通して、１０ｃｍ^−１より高い。転位密度は、本特定の結晶上で測定されなかったが、Ｘ線ＦＷＨＭに基づいて、転位密度が約１０^５ｃｍ^−２以下であると推定する。

利点および改良点
本発明は、１０^５ｃｍ^−２を下回る転位密度を有する半絶縁ＩＩＩ窒化物ウエハを提供する。Ｂｉは、アモノサーマル成長によって半絶縁ＩＩＩ族窒化物バルク結晶を成長させるための効率的ドーパントである。Ｂｉの高濃度ドープを用いても、結晶品質は、著しく劣化しなかった。ＢｉでドープされたＩＩＩ族窒化物バルク結晶をスライスすることによって加工されたウエハは、ＨＥＭＴ等の電子素子に好適であることが予想される。

可能性として考えられる修正
好ましい実施形態は、ＧａＮ基板を説明するが、基板は、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、またはＧａＡｌＩｎＮ等の種々の組成物のＩＩＩ族窒化物合金であることができる。

好ましい実施形態は、バルク成長法として、アモノサーマル成長を説明するが、高圧溶液成長、フラックス成長、水素化物気相エピタキシ、物理気相輸送、または昇華成長等の他の成長法も、使用されることができる。

好ましい実施形態は、ｃ−平面ＧａＮを説明するが、ａ−面、ｍ−面、および種々の半極性表面等の他の配向もまた、使用されることができる。加えて、表面は、若干、これらの配向からミスカット（ずれてスライス）されることができる。

好ましい実施形態は、ドーパントとして金属Ｂｉを説明するが、Ｂｉでドープされた多結晶ＧａＮ、Ｂｉでドープされた非晶質ＧａＮ、Ｂｉでドープされた単結晶ＧａＮ等のＢｉでドープされたＩＩＩ族窒化物も、ドープ濃度のより優れた制御のために使用されることができる。

ＢｉでドープされたＩＩＩ族窒化物結晶が、前述で論じられるが、硫黄、セレン、アンチモン、スズ、または鉛、あるいはこれらの任意の組み合わせ等の他の元素が、半絶縁ＩＩＩ族窒化物結晶の代わりに、またはそのためのビスマスと組み合わせて、ドーパントとして作用してもよい。

参考文献
以下の参考文献は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
［１］Ｒ．Ｄｗｉｌｉｎｓｋｉ，Ｒ．Ｄｏｒａｄｚｉｎｓｋｉ，Ｊ．Ｇａｒｃｚｙｎｓｋｉ，Ｌ．Ｓｉｅｒｚｐｕｔｏｗｓｋｉ，Ｙ．Ｋａｎｂａｒａ（米国特許第６，６５６，６１５号）
［２］Ｒ．Ｄｗｉｌｉｎｓｋｉ，Ｒ．Ｄｏｒａｄｚｉｎｓｋｉ，Ｊ．Ｇａｒｃｚｙｎｓｋｉ，Ｌ．Ｓｉｅｒｚｐｕｔｏｗｓｋｉ，Ｙ．Ｋａｎｂａｒａ（米国特許第７，１３２，７３０号）
［３］Ｒ．Ｄｗｉｌｉｎｓｋｉ，Ｒ．Ｄｏｒａｄｚｉｎｓｋｉ，Ｊ．Ｇａｒｃｚｙｎｓｋｉ，Ｌ．Ｓｉｅｒｚｐｕｔｏｗｓｋｉ，Ｙ．Ｋａｎｂａｒａ（米国特許第７，１６０，３８８号）
［４］Ｋ．Ｆｕｊｉｔｏ，Ｔ．Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ（国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２４２３９号、第ＷＯ０７００８１９８号）
［５］Ｔ．Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｍ．Ｓａｉｔｏ，Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ（国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００７／００８７４３号、第ＷＯ０７１１７６８９号。また、第ＵＳ２００７０２３４９４６号、２００７年４月６日出願の米国出願第１１／７８４，３３９号も参照。）
［６］Ｄ’ Ｅｙｅｌｙｎ（米国特許第７，０７８，７３１号）
［７］Ｖａｕｄｏ，ｅｔａｌ．，（米国特許第７，１７０，０９５号）
前述の参考文献はそれぞれ、特に、アモノサーマル法を作製、使用し、これらの窒化ガリウム基板を使用する方法の説明に関して、本明細書に完全に記載される場合と同様に、参照することによって全体として組み込まれる。

Claims

半絶縁ウエハであって、前記半絶縁ウエハは、１０ｍｍ^２を上回る表面積および２００ミクロンを上回る厚さを有するＧａ_ｘＡｌ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を備え、前記Ｇａ_ｘＡｌ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎは、ビスマスでドープされる、半絶縁ウエハ。
前記ウエハの抵抗率は、１０^４オーム・ｃｍを上回る、請求項１に記載の半絶縁ウエハ。
前記結晶は、超臨界アンモニア中で成長されたＧａ_ｘＡｌ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）のバルクインゴットをスライスすることによって加工される、請求項１または請求項２に記載の半絶縁ウエハ。
前記ウエハは、１０^５ｃｍ^−２未満の線欠陥および粒界の密度を伴う、Ｇａ_ｘＡｌ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の高配向多結晶または単結晶を備える、請求項１−３のいずれかに記載の半絶縁ウエハ。
前記ウエハは、ＧａＮである、請求項１−４のいずれかに記載の半絶縁ウエハ。
ビスマスでドープされた前記Ｇａ_ｘＡｌ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎは、約１０^４オーム・ｃｍを上回る抵抗率を有する、請求項１−５のいずれかに記載の半絶縁ウエハ。
ビスマスでドープされた前記Ｇａ_ｘＡｌ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎは、１０^５ｃｍ^−２未満の転位および／または粒界の密度を有する、請求項１−６のいずれかに記載の半絶縁ウエハ。
ビスマスでドープされた前記Ｇａ_ｘＡｌ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎは、ＩＩＩ族窒化物基板上の層である、請求項１−７のいずれかに記載の半絶縁ウエハ。
前記ウエハは、前記ウエハ全体を通して、ビスマスでドープされたＧａ_ｘＡｌ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎを備える、請求項１−７のいずれかに記載の半絶縁ウエハ。
請求項１−９のいずれかのウエハ上に形成される、電子、光学、または光電子素子。
１０ｍｍ^２を上回る表面積および２００ミクロンを上回る厚さを有する、ビスマスでドープされたＩＩＩ族窒化物バルク結晶を成長させる方法であって、前記方法は、
（ａ）ＩＩＩ族含有栄養成分を高圧反応器内に設置することと、
（ｂ）鉱化剤を前記高圧反応器内に設置することと、
（ｃ）少なくとも１つのシード結晶を前記高圧反応器内に設置することと、
（ｄ）ビスマス含有ドーパントを前記高圧反応器内に設置することと、
（ｅ）アンモニアを前記高圧反応器内に設置することと、
（ｆ）前記高圧反応器を密閉することと、
（ｇ）十分な熱を前記アンモニアに提供し、アンモニアの超臨界状態を生成することと、
（ｈ）ＩＩＩ族窒化物を前記シード結晶上に結晶化させることと
を含む、方法。
前記ビスマス含有ドーパントは、金属ビスマスおよびビスマスでドープされたＩＩＩ族窒化物から選択される、請求項１１に記載の方法。
前記シード結晶上に結晶化されるＩＩＩ族窒化物は、ＧａＮである、請求項１１または請求項１２に記載の方法。
前記シード結晶は、ＧａＮである、請求項１１−１３のいずれかに記載の方法。
前記鉱化剤は、アルカリ金属を含有する、請求項１１−１４のいずれかに記載の方法。
前記鉱化剤は、ナトリウムを含有する、請求項１１−１５のいずれかに記載の方法。
前記結晶化されたＩＩＩ族窒化物が半絶縁であるように、十分な量の前記ビスマス含有ドーパントが存在する、請求項１１−１６のいずれかに記載の方法。
ビスマスでドープされたＩＩＩ族窒化物半絶縁ウエハを加工する方法であって、前記方法は、請求項１１−１７のいずれかに記載のようにビスマスでドープされたＩＩＩ族窒化物バルク結晶を成長させることと、前記バルク結晶をスライスし、前記ウエハを形成することとを含む、方法。
素子が加工されることになる前記ウエハの表面を研磨することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。