KR20090042164A - 반절연성 질화물 반도체 기판과 그 제조 방법, 질화물 반도체 에피택셜 기판 및 전계 효과 트랜지스터 - Google Patents
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Abstract
본 반절연성 질화물 반도체 기판의 제조 방법은, 기초 기판(1) 위에, 폭 또는 직경(Ds)이 10 ㎛∼100 ㎛인 도트형 또는 스트라이프형의 피복부를 간격(Dw)이 250 ㎛∼2000 ㎛이 되도록 나란히 배열한 마스크(3)를 형성하는 공정과, HVPE법에 의해서, 5/3족비(R5/3)가 1∼10인 3족 원료 가스 및 5족 원료 가스와 철을 함유하는 가스를 공급하여, 성장 온도 1040℃∼1150℃에서, 기초 기판(1) 위에 질화물 반도체 결정(5)을 성장시키는 공정과, 기초 기판(1)을 제거하는 공정을 포함하여, 비저항이 1×105 Ωcm 이상, 두께가 100 ㎛ 이상인 자립 반절연성 질화물 반도체 기판(5s)을 얻는다. 이와 같이 하여, 휘어짐이 적고 크랙이 발생하지 않는 반절연성의 질화물 반도체 결정 기판을 얻을 수 있다.
Description
본 발명은, 반절연성의 질화물 반도체와 그 제조 방법, 질화물 반도체 에피택셜 기판 및 전계 효과 트랜지스터에 관한 것이다. 질화물 반도체란, 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄(AlN), 질화인듐(InN)과 혼정의 InGaN, AlInGaN 등을 가리킨다. 기초 기판 위에 부착된 박막이 아니라, 자립 결정 기판을 대상으로 한다. 여기서는 주로 GaN에 관해서 설명한다. GaN은 밴드갭이 넓기 때문에 청색 발광 소자의 재료로서 이용된다.
청색의 발광 다이오드, 반도체 레이저 등의 발광 소자는 종래 사파이어(α-Al2O3) 단결정 기판 위에 InGaN, GaN, AlInGaN 등의 질화물 반도체 박막 결정을 에피택셜 성장시킴으로써 제조되어 왔다. 사파이어는 질화갈륨과 동일한 육방정계(hexagonal system)이다. 사파이어 C면 결정 위에 GaN의 C면 박막을 성장시킨다.
그러나 사파이어 기판은 절연성이며 n 전극을 저면으로부터 취할 수 없고, GaN의 벽개면과 사파이어 기판의 벽개면이 다르기 때문에, 절단용 기계로 분리해야만 하므로, 시간과 수고가 걸려 칩 분리의 수율이 나쁘다고 하는 난점이 있다.
또한 질화갈륨(GaN)과 사파이어에서는 격자 정수가 꽤 다르다. 사파이어 기판 상에 성장시킨 GaN 결정은 높은 전위 밀도를 갖는다. 또한 휘어짐도 크다. 그래서 질화갈륨 자체를 기판으로 하기 위해서 질화갈륨으로 기판 결정을 제작한다고 하는 시도가 이루어지고 있었다. 질화갈륨은 밴드갭이 넓어 청색 발광 소자의 적합한 재료로서 생각되어 왔다. 발광 소자의 경우, 저면에 n 전극, 정점에 p 전극을 취하는 것이 적합하기 때문에 도전성이 높은 기판이 요구된다.
질화물 반도체 기판의 제조도 지금까지는 자유 전자 밀도가 높은 n형의 질화물 반도체 결정의 성장이 목표로 되어 왔다. 현재 2 인치 지름의 n형 GaN의 자립 기판을 제조하는 것이 가능하다. 본 발명은 n형이 아니라 반절연성의 질화물 반도체의 성장에 관한 것이다.
GaN은 밴드갭이 넓다는 것 외에도, 전자 디바이스로서 이용할 경우, 우수한 특질을 나타낸다. 예컨대, 전계 효과 트랜지스터(FET)의 재료로서는 현재 시점에서는 거의 Si가 사용되고 있다. 그러나 전자 이동도나 내전압 특성 등에 관해서는 Si 반도체보다도 GaN 반도체 쪽이 우수하다고 생각되고 있다. GaN의 전자 이동도는 Si보다 높고, 브레이크다운 전압은 Si보다 높다. 만일 GaN에 의해서 FET를 만들 수 있다면, Si보다도 고속이고 대전류 대전압의 FET가 될 가능성이 있다. AlGaN/GaN과 같은 헤테로 접합을 만들면, AlGaN/GaN의 접합 계면에 전자가 갇혀, 이차원형으로 전자가 분포하고 있는 상태인 이차원 전자 가스가 생성될 것이라고 여겨지고 있다. 이차원 전자 가스가 생성되는 부분에는 산란 인자가 없기 때문에, 이차원 전자 가스는 고속 주행할 것이다.
본 발명은 종래와 같이 광소자의 재료로서가 아니라, FET 재료로서의 질화물 반도체 결정의 제조를 목표로 하는 것이다.
만일 GaN/AlGaN 박막을 이용한 FET를 만든다고 한다면, 처음에는 사파이어 기판 위에 만들게 될 것이다. FET는 드레인, 게이트, 소스의 전극이 반도체층 위에 근접하여 형성되며 전류는 수평으로 흐른다. 상면에 나란히 소스, 게이트, 드레인 전극을 형성하면 된다. 기판 안에서 세로 방향으로 흐르는 발광 소자의 경우와는 그 점에서 다르다.
FET의 경우는 이면 n 전극의 문제가 없기 때문에 절연성 사파이어 기판이라도 좋지만, 역시 격자 부정합이라는 문제는 남는다. 또 비용 문제도 있어 GaN계의 FET는 아직도 실용화되기에는 멀다.
그러나 만일 GaN-FET을 만드는 경우, 격자 정합이라는 점에서, 사파이어 기판보다도 GaN 결정 기판을 사용하여 그 위에 GaN, AlGaN 등의 에피택셜 박막을 형성하여 FET로 하는 쪽이 좋을 것이다.
FET의 기판이므로 고전도성의 n형이 아니라, 고저항의 반절연성인 것이 요망된다. 지금까지의 발광 소자용 GaN 결정 기판에 요구되어 온 성질과는 크게 다르다. 본 발명은 FET의 기판으로서 이용할 수 있는 반절연성의 GaN 기판 결정의 제조 방법에 관한 것이다.
우선 도펀트에 대해서 설명한다. 종래, 청색 발광 소자를 위해 GaN이나 InGaN의 박막이 이용되어 왔다. p형으로 하려면 Mg나 Zn을 도핑한다. n형으로 하려면 Si를 도핑한다. 본 발명자들은 n형 GaN 기판으로 하기 위해서 산소를 도핑하면 된다는 것을 최초로 알아냈다. 따라서 n형의 도펀트는 Si, O이다. 그러면 GaN 결정을 반절연성으로 하기 위한 도펀트로 무엇을 사용할지, 또 어떠한 조건으로 제작할지라는 문제가 있다.
발광 소자를 제조하기 위해서, 사파이어 기판 위에 질화물 반도체 박막(GaN, InGaN, AlGaN 박막 등)을 형성하는 경우, MOCVD(유기금속 화학 기상 퇴적)법이 이용되는 경우가 많다. 기상 합성법이므로 원료는 기체 형태로 주어진다. 질소는 암모니아(NH3) 형태로 주어진다. MOCVD법은 3족 원소를 유기 금속의 형태로 부여한다. 갈륨, 인듐 등 3족 원소의 유기 금속(트리메틸갈륨, 트리에틸인듐 등)과 NH3을 원료로 하여 가열한 사파이어 기판 위에 공급한다.
GaN계의 반도체 박막을 기상 합성법으로 형성하려면 HVPE(하이드라이드 기상 성장)법도 자주 사용된다. 이것은 Ga 금속 융액을 넣은 Ga 보트를 서셉터 위에 두고, HCl을 불어넣어 GaCl을 합성하여 이것을 Ga 원료로 하는 것이다. 따라서 원료 가스는 GaCl과 암모니아이다.
도펀트의 문제이지만, GaN 결정을 반절연성으로 하려면 철(Fe)을 도핑한다. 철(Fe)은 GaN 결정의 밴드갭 속에 깊은 준위를 형성하여 n형 캐리어(자유전자)를 포획하기 때문에 캐리어가 감소한다. 그 때문에 GaN 결정은 반절연성이 된다. 완전 한 절연성이 아니므로 반절연성(Semi-insulating)이라고 하는데, FET의 기판으로 하는 데에 지장이 없을 정도의 높은 저항율을 가지고 있다. 즉, 본 발명에서는, 반절연성이란, 예를 들면 1×105 Ωcm 이상의 저항율(비저항)을 갖는 것을 말한다. 기상 성장의 질화물 반도체의 내부에 첨가하는 것이므로 기체의 철 화합물을 사용할 필요가 있다. 예컨대, 비스시클로펜타디에닐철((C5H5)2Fe), 비스메틸시클로펜타디에닐철((CH3C5H4)2Fe) 등을 사용한다.
국제 공개 WO99/23693호 팜플렛(이하, 특허문헌 1이라 함)에서는, GaAs 기판 위에 창 직경이 1 ㎛∼5 ㎛이고, 창 피치가 4 ㎛∼10 ㎛인 마스크를 붙여 GaN 버퍼층을 형성하고, 그 위에 GaN 결정을 820℃ 혹은 970℃에서 MOCVD법에 의해, 또는 970℃, 1000℃, 1010℃, 1020℃ 혹은 1030℃에서 HVPE법에 의해 C면 성장시켜 두꺼운 GaN 결정을 얻는 수법을 설명하고 있다.
특허문헌 1은 미세한 창을 갖는 마스크를 사용하는 것이다. 도 1은 기초 기판(1) 상에 형성되는 마스크(3)의 일례를 도시하는 평면도이다. 마스크(3)에는, 넓은 피복부(기초 기판이 마스크에 의해서 피복되어 있는 부분을 말함. 이하 동일) 내에, 다수의 작은 창(3w)이 규칙적으로 배열되어 있다. 창(3w)으로부터 기초 기판(1)이 노출되어 있다. 마스크(3)의 피복부 쪽이 마스크(3)의 개구부[창(3w)]보다 면적이 넓다.
마스크법에 의한 결정 성장에 있어서의 전위 저감의 원리를 도 2a∼도 2g에 따라 설명한다. 도 2a∼도 2g는 마스크법에 의한 결정 성장 공정을 나타내는 단면 도이다. 도 2(A)에 도시하는 바와 같이, 마스크(3)는 마스크재를 기초 기판(1) 위에 형성하고 작은 창(3w)을 규칙적으로 형성한 것이다. 도 2b에 도시하는 바와 같이, 질화갈륨을 기상 성장시키면 창(3w) 안에만 질화갈륨 결정(5)이 생긴다. 결정(5)과 기초 기판(1)의 경계에 다수의 상향 전위(dislocation)(5t)가 발생한다.
성장이 더 진행되면, 도 2c에 도시하는 바와 같이, 창(3w) 위의 결정(5) 일부가 마스크(3) 위로 올라타 마스크(3) 위에서 가로 방향으로 뻗어나간다. 결정(5)은 가로 방향으로 성장하기 때문에 전위(5t)도 가로로 뻗는다. 가로면은 저면 지수의 파셋(facet)(5f)이 된다. 도 2d에 도시하는 바와 같이, 결정(5)은 위쪽 방향으로도 가로 방향으로도 뻗어 원추대 형상이 된다. 대(台)의 상면은 C면(5c)이다. 도 2e에 도시하는 바와 같이, 하나의 창(3w)으로부터 뻗어 나온 결정(5)과 그 창의 인접 창(3w)으로부터 뻗어 나온 결정(5)이 접촉한다. 양쪽 결정(5, 5)에 있어서의 각각의 전위(5t, 5t)는 가로 방향으로 뻗어나가 서로 충돌한다. 이로 인해 전위(5t, 5t)가 서로 소실된다.
도 2(F)에 도시하는 바와 같이, 결정(5)의 파셋(5f)의 홈이 메워져 작아져간다. 이윽고 파셋(5f)이 이루는 오목부가 메워져 평탄한 표면이 된다. 이 평탄한 표면은 C면(5c)이다. 이후, 이러한 C면(5c)을 표면으로 하여 성장을 계속한다. 전위(5t)는 창(3w) 위에서 많고, 마스크(3) 위에서 적다.
특허문헌 1은 성장 온도나 원료 분압 등을 구체적으로 개시하고 있기 때문에 중요한 종래 기술이다. 성장 온도에 관해서 특허문헌 1은 다음과 같이 기술하고 있다. HVPE법의 경우, 성장 온도는 970℃, 1000℃, 1010℃, 1020℃ 또는 1030℃이다. MOCVD법의 경우, 성장 온도는 820℃ 또는 970℃이다.
HVPE법에서는 원료는 HCl, Ga 융액, NH3이다. 3족 원료는 Ga 융액과 HCl 가스를 반응시켜 GaCl로 한다. 공급되는 3족 원료와 5족 원료의 양은 GaCl의 분압(PGaCl)과 NH3의 분압(PNH3)에 의해서 표현된다. 3족 원료에 대한 5족 원료의 비율(R5/3)은 NH3 분압(PNH3)과 GaCl 분압(PGaCl)의 비율에 의해서 나타낼 수 있다. 즉 R5/3=PNH3/PGaCl로 정의된다.
마스크법에 의해서 생긴 GaN 결정의 비저항(S)은 S=0.005 Ωcm∼0.08 Ωcm의 범위에 있다.
특허문헌 1의 실시예에서 설명된 MOCVD법에 의한 성장 조건은, (성장 온도(Tq), NH3 분압(PNH3), TMG 분압(PTMG), 5/3족비(R5/3))로 나타내면, (970℃, 20 kPa, 0.2 kPa, 100), (970℃, 25 kPa, 0.2 kPa, 100), (820℃, 20 kPa, 0.3 kPa, 67), (970℃, 20 kPa, 0.2 kPa, 100), (1000℃, 20 kPa, 0.4 kPa, 50), (970℃, 25 kPa, 0.5 kPa, 50)이다.
특허문헌 1의 실시예에서 설명된 HVPE법에 의한 성장 조건은, (성장 온도(Tq), NH3 분압(PNH3), HCl 분압(PHCl), 5/3족비(R5/3))로 나타내면, (970℃, 25 kPa, 2 kPa, 12.5), (970℃, 25 kPa, 2.5 kPa, 10), (970℃, 25 kPa, 0.5 kPa, 50), (1000℃, 20 kPa, 2 kPa, 10), (950℃, 25 kPa, 2 kPa, 12.5), (1020℃, 25 kPa, 2 kPa, 12.5), (1000℃, 25 kPa, 2 kPa, 12.5), (1010℃, 25 kPa, 2 kPa, 12.5), (1030℃, 25 kPa, 2 kPa, 12.5)이다.
일본 특허 제3788037호 명세서(일본 특허 공개 2000-012900호 공보. 이하, 특허문헌 2라고 함)는, GaAs 기판 위에 미세한 창을 지그재그형으로 갖는 마스크를 형성하여 그 위에 HVPE법으로 C면을 유지하면서 GaN 결정을 두껍게 성장시켜 GaAs 기판을 제거하고, 20 mm 이상의 직경을 지니고 70 ㎛ 이상의 두께를 가지며 굴곡(휘어짐)이 50 mm 직경으로 환산하여 0.55 mm 이하인 자립 GaN 기판을 제공하고 있다. 50 mm 직경의 웨이퍼에서 중심의 굴곡(휘어짐)이 0.55 mm이라는 것은 곡률 반경(R)으로 바꾸면, 약 600 mm=0.6 m라는 것이다.
특허문헌 2에 의하면, HVPE법을 이용한 경우, 성장 온도(Tq)를 970℃, 1020℃, 또는 1030℃으로 하고, GaCl 분압(PGaCl)을 1 kPa 또는 2 kPa(0.01∼0.02 atm)로 하며, NH3 분압(PNH3)을 4 kPa 또는 6 kPa로 하고 있다. GaCl 분압(PGaCl)을 1 kPa로 하면 표면은 평탄하지만 휘어짐이 커 내부 응력이 거대하여 깨지기 쉬워 사용 불가능한 결정이 생겨, 70 ㎛ 이상의 막 두께로 할 수 없다고 기재되어 있다.
반대로 GaCl 분압(PGaCl)을 2 kPa로 하면 표면은 거칠어져 있지만 휘어짐이 작아 내부 응력이 작은 결정이 생긴다고 기재되어 있다. NH3 분압(PNH3)은 6 kPa, 12 kPa 또는 24 kPa이다. 5/3족비(R5/3)는 3, 6 또는 12이다. 곡률 반경은 1 m 정도이다. 비저항은 0.0035∼0.0083 Ωcm이다. n형 결정이다.
특허문헌 2의 실시예에서 기재된 성장 조건은 (성장 온도(Tq), NH3 분 압(PNH3), GaCl 분압(PGaCl), 5/3족비(R5/3))로 나타내면, (1030℃, 4 kPa, 1 kPa, 4), (1030℃, 6 kPa, 1 kPa, 6), (970℃, 6 kPa, 2 kPa, 3), (970℃, 6 kPa, 1 kPa, 6), (970℃, 6 kPa, 1 kPa, 6), (1020℃, 6 kPa, 2 kPa, 3), (1020℃, 6 kPa, 2 kPa, 3), (1030℃, 6 kPa, 1 kPa, 6), (970℃, 6 kPa, 2 kPa, 3), (970℃, 12 kPa, 2 kPa, 6), (970℃, 24 kPa, 2 kPa, 12)이다.
일본 특허 제3788041호 명세서(일본 특허 공개 2000-022212호 공보. 이하, 특허문헌 3이라고 함)는 GaAs 기판 위에 [11-2] 방향으로 일정 간격을 두고서 나란히 배열되어 [-110] 방향으로 반피치 틀어진 점 형상의 창을 갖는 마스크, 혹은 [11-2] 방향으로 뻗는 스트라이프형 창을 갖는 마스크 혹은 [-110] 방향으로 뻗는 스트라이프형 창을 갖는 마스크를 형성하고, 버퍼층을 설치하며, HVPE법에 의해 GaN 결정을 그 C면을 유지하면서 에피택셜 성장시켜 기판과 마스크를 제거하여 GaN의 자립 단결정 기판을 제조하는 방법을 제안한다.
특허문헌 3도 도 1에 도시한 바와 같은, 다수의 작은 창이 좁은 피치로 종횡으로 나란히 배열된 마스크를 기초 기판(1) 위에 형성하고, GaN 결정을 기상 성장시켜, 결정의 전위를 감소시키는 수법이다. GaCl 분압(PGaCl)은 1 kPa(0.01 atm)과 2 kPa(0.02 atm)의 2개의 경우가 있다. 1 kPa의 경우, 표면은 평탄하지만 내부 응력이 크고 휘어짐도 커 깨지기 쉬운 GaN 결정이 생긴다고 기재되어 있다. 2 kPa의 경우, 표면은 조면(粗面)이며 내부 응력이 작고 휘어짐이 작아 깨지기 어려운 GaN 결정이 생긴다고 기재되어 있다. 성장 온도가 1020℃ 또는 1030℃인 경우는 표면은 평탄하고 내부 응력이 크고 깨지기 쉽다고 기재되어 있다. 970℃의 성장 온도에서 GaCl 분압이 2 kPa인 경우이며 두꺼운 결정인 경우에, 조면이며 내부 응력이 작고 휘어짐도 작은 GaN 결정이 생긴다고 기재되어 있다. NH3 분압(PNH3)은 6 kPa∼12 kPa이다.
정리하면, 특허문헌 3에서는, 휘어짐, 내부 응력이 작고 깨지기 어려운 조면 GaN 결정을 제조하기 위한 온도는 970℃, GaCl 분압은 2 kPa, NH3 분압은 6∼12 kPa, 5/3족비(R5/3)는 3∼6 정도이다. 비저항이 0.01 Ωcm∼0.017 Ωcm인 n형의 결정을 얻을 수 있다.
특허문헌 3의 실시예에서 설명된 HVPE 성장 조건은, (성장 온도(Tq), NH3 분압(PNH3), GaCl 분압(PGaCl), 5/3족비(R5/3))로 나타내면, (1030℃, 4 kPa, 1 kPa, 4), (1030℃, 6 kPa, 1 kPa, 6), (970℃, 6 kPa, 2 kPa, 3), (970℃, 6 kPa, 1 kPa, 6), (970℃, 6 kPa, 1 kPa, 6), (1020℃, 6 kPa, 2 kPa, 3), (1020℃, 6 kPa, 2 kPa, 3), (1030℃, 6 kPa, 1 kPa, 6), (970℃, 6 kPa, 2 kPa, 3), (970℃, 12 kPa, 2 kPa, 6), (970℃, 24 kPa, 2 kPa, 12)이다.
국제 공개 WO98/47170호 팜플렛(이하, 특허문헌 4라고 함)은, 2중, 3중의 ELO 마스크(Epitaxial Lateral Overgrowth)를 교대로 중첩하는 식으로 설치하여 전위를 줄여, Si 도핑 n형의 GaN 결정을 MOCVD법 또는 HVPE법에 의해서 C면을 유지하면서 성장시킨다. ELO 마스크는 창에서 전위 밀도가 크고, 마스크 상에서 전위 밀 도가 작기 때문에 창이 엇갈리도록 2중, 3중으로 ELO 마스크를 붙이면 전위 밀도를 줄일 수 있다고 한다. MOCVD법의 경우, 5/3족비(R5/3)는 30∼2000이 좋은 조건이라고 되어 있다.
실시예에서는, 5/3족비(R5/3)가 1200, 2222, 1800, 1500, 800 또는 30이라는 비율의 원료 가스를 이용하고 있다. HVPE법에 관하여는 설명되어 있지 않다. n형 도펀트는 Si이다. 실란(SiH4) 가스를 도핑에 이용한다. 처음에 MOCVD법으로 ELO 마스크의 창 위까지 사다리꼴 결정을 만들어 ELO 마스크 상에서 합체하기 직전에 HVPE법으로 전환한다. 바람직한 성장 온도는 950℃∼1050℃라고 되어 있다.
EPC 공개 EP0942459 A1 공보(이하, 특허문헌 5라고 함)는, 특허문헌 4와 거의 같으며, 2중, 3중의 ELO 마스크에 의해서 전위를 줄이는 방책을 제안하고 있다. 또한, 일본 특허 제3788104호 명세서(일본 특허 공개 2000-044400호 공보. 이하, 특허문헌 6이라고 함)는, 산소를 n형 도펀트로 하여 GaN에 도핑함으로써 n형 GaN 기판을 제조하는 방법을 처음으로 제안하고 있다.
특허문헌 4, 5는 실란(SiH4) 가스를 이용하고 Si를 n형 도펀트로 하여 결정에 도핑하였다. 실란 가스는 폭발 가능성이 있어 n형 기판 성장을 위해 대량으로 사용하는 것은 위험하다. 특허문헌 6은, 산소가 GaN 결정 속에서 얕은 도너 준위를 만드는 것을 알아냈다. 원료 가스인 NH3, HCl 등에 물을 첨가하고, GaAs 기판 위에 ELO 마스크를 설치하여 HVPE법으로 GaN 결정을 성장시키면 C면 성장하는데, 원료로 부터 산소를 받아 도너 준위를 만들고 n형 캐리어를 발생하여 결정을 n형으로 한다. 더욱이 넓은 농도 범위에서 활성화율이 100%라고 한다. 산소가 기판과 같은 두꺼운 결정에 대하여 적합한 n형 도펀트임을 처음으로 밝히고 있다.
산소를 GaN 결정에 도핑하는 경우에 현저한 이방성이 있다는 것을 일본 특허 제3826825호 명세서[일본 특허 공개 2002-373864호 공보. 이하, 특허문헌 7이라고 함]는 밝히고 있다. C면[(0001)면]을 통해서 산소가 들어가기 어렵고, C면 이외의 면을 통해서 산소가 들어가기 쉽다고 하는 선택성이다. 특허문헌 7은 도 17에 도시하는 바와 같이, 평균적으로 c축 방향(「0001」방향)의 성장인데, 비(非)C면의 파셋(5f)을 대량으로 표면에 만들어내어 비C면인 파셋(5f)을 통하여 산소를 결정에 받아들이거나, 혹은 도 18에 도시하는 바와 같이 비C면(hkmn)[≠(0001)면]을 갖는 GaN 기초 기판을 사용하여 비C면 표면으로부터 산소를 도핑하는 수법을 제안하고 있다. 특허문헌 7은 산소 도핑의 현저한 이방성을 처음으로 밝힌 것이다.
특허문헌 7의 실시예에서 설명된 HVPE 성장 조건은, (성장 온도(Tq), NH3 분압(PNH3), HCl 분압(PHCl), 5/3족비(R5/3))로 나타내면, (1020℃, 20 kPa, 1 kPa, 20)이다.
일본 특허 공개 2001-102307호 공보(이하, 특허문헌 8이라고 함)는, ELO법과는 완전히 다른 전위 밀도 저감법을 신규로 제안한다. 특허문헌 8은 성장 조건을 적당히 제어함으로써, 도 3과 같이 파셋(5f), 파셋으로 이루어지는 크고 작은 피트(5p)를 적극적으로 다수 만들어내어 파셋(5f), 피트(5p)를 메워 넣지 않고서 성 장 종료까지 유지한다. 메워 넣지 않고 최후까지 파셋을 유지하기 때문에 파셋 성장이라고 부른다. 피트(5p)는 6각추나 12각추인데, 여기서는 편의상 6각추의 피트를 나타낸다.
도 4의 피트(5p) 사시도, 도 5의 피트(5p) 평면도에 도시하는 바와 같이, 파셋(5f)의 오목부(피트(5p))를 유지하면서 결정이 성장하면 피트(5p) 내부에서는 파셋(5f)의 법선 방향(5v)으로 결정이 성장한다.
전위(5t)는 성장 방향(5v)을 따라서 뻗어 나가기 때문에, 전위(5t)가 파셋 법선 방향으로 뻗는다. 파셋 성장에 의해서 전위(5t)를 경계선(5b)으로 끌어넣는다. 경계선(5b) 아래에 전위(5t)의 집합이 생긴다[면형의 전위 집합 결정 영역(5pd)].
파셋 성장이 진행되면, 피트(5p)의 바닥으로 전위가 더 집중된다. 피트(5p)의 바닥에 대량의 전위(5t) 집결부[선형의 결함 집합: 전위 집합 결정 영역(5h)]이 생긴다. 전위의 총량이 그다지 변하지 않는다고 하여도, 면형의 전위 집합 결정 영역(5pd), 선형의 전위 집합 결정 영역(5h)에 전위가 집중되기 때문에 다른 부분의 전위 밀도가 감소한다. 이것은 ELO법과는 달리, 성장 중기에서부터 종기까지 효과가 있다. 완전히 신규의 전위 밀도 감소법이다. 파셋 성장법이라고 부른다.
특허문헌 8의 수법은, 어디에 피트(5p)(오목부)가 생기는지 알지 못하기 때문에 랜덤 파셋이라고 부르며 그 후의 개량형과 구별된다. 생긴 결정은 표면에 격심한 요철이 있다.
특허문헌 8의 실시예에서 설명된 성장 조건은, (성장 온도(Tq), NH3 분압(PNH3), HCl 분압(PHCl), 5/3족비(R5/3))로 나타내면, (1050℃, 20 kPa, 0.5 kPa, 40), (1000℃, 30 kPa, 2 kPa, 15), (1050℃, 20 kPa, 0.5 kPa, 40), (1020℃, 20 kPa, 1 kPa, 20), (1000℃, 30 kPa, 2 kPa, 15), (1000℃, 40 kPa, 3 kPa, 13), (980℃, 40 kPa, 4 kPa, 10)이다.
특허문헌 8은 파셋 피트(5p)[파셋(5f)에 의해 형성되는 피트(5p)를 말한다. 이하 동일함]가 생기는 위치가 우연적이기 때문에 랜덤 파셋법이라고 부를 수 있을 것이다. 거기에 국소적인 특이성이 없기 때문에 일단 집결된 전위가 성장과 함께 재이산되는 경우도 있었다. 그 위에 디바이스를 만드는 기판이므로, 파셋 피트(5p)가 생기는 위치를 미리 지정할 수 있다면 보다 적합하다. 전위를 가둬 재이산을 없앨 수 있다면 보다 저전위화를 철저하게 할 수 있다.
일본 특허 제3864870호 명세서(일본 특허 공개 2003-165799호 공보. 이하, 특허문헌 9라고 함)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 기초 기판(1) 위에 고립된 점 형상의 피복부[마스크(3) 부분]가 규칙적으로 배열되는 마스크(3)를 형성한다. 기초 기판(1)이 드러난 부분[노출부(1e)] 쪽이 피복부[마스크(3) 부분]보다 훨씬 넓다. 마스크된 기초 기판(1) 위에 GaN 결정을 기상 성장시킨다. 피복부[마스크(3) 부분] 상에서는 결정 성장이 지연되기 때문에 피복부[마스크(3) 부분]를 바닥으로 하는 오목부[파셋 피트(5p)]가 생긴다.
도 9a∼도 9f를 참조하여, 도트형 마스크에 의한 GaN 결정(5)의 파셋 성장을 설명한다. 도 9a에 도시하는 바와 같이, 고립된 점 형상의 피복부[마스크(3) 부분]를 기초 기판(1) 위에 형성한다. 질화갈륨 결정을 기상 성장시키면, 도 9b에 도시하는 바와 같이, 기초 기판(1)의 노출부(1e) 위에만 결정(5)이 성장한다. 피복부[마스크(3) 부분] 위에는 성장하지 않는다. 결정(5)이 더 성장하면, 도 9c에 도시하는 바와 같이, 노출부(1e) 위에 결정(5)이 쌓아올려진다. 경사면은 저면 지수의 파셋(5f)이다. 결정(5)이 더 성장하면, 도 9d에 도시하는 바와 같이, 피복부[마스크(3) 부분]를 바닥으로 하고 경사면을 파셋(5f)으로 하는 6각추, 혹은 12각추의 파셋 피트(5p)가 생긴다. 결정(5)이 더 성장하면, 도 9e에 도시하는 바와 같이, 피복부[마스크(3) 부분] 위에도 결정(5)이 쌓이게 된다. 이것은 전위가 고밀도로 집합된 전위 집합 결정 영역(5h)이다. 파셋(5f)의 아래는 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)이 된다. 평탄면은 C면(5c)이다. C면(5c)의 아래는 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)이 된다. 여기서, GaN 결정에 있어서의 전위 집합 결정 영역(5h), 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y) 및 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)은 GaN 결정을 형광 현미경의 가시광상(visual light image)에 의해 관찰할 수 있다. 즉, 형광 현미경의 가시광상에 있어서, 전위 집합 결정 영역(5h)은 어두운 영역이고, 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)은 강한 밝은 영역(강한 발광 영역)이며, 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)은 약한 밝은 영역(약한 발광 영역)이다.
도 7에 도시하는 결정(5)의 사시도 및 도 8에 도시하는 결정(5)의 평면도를 참조하면, GaN 결정(5)의 표면에는, 역원추형의 꽃잎과 같은 파셋(5f)으로 이루어지는 파셋 피트(5p)가 종횡으로 나란히 배열되어 있다. 피트(5p) 아래의 줄기에 해 당하는 결정 영역은 전위가 집결된 전위 집합 결정 영역(5h)이다. 줄기[전위 집합 결정 영역(5h)] 아래의 뿌리에 해당하는 부분은 피복부[마스크(3) 부분]이다. 평탄면은 C면(5c)이다. C면(5c) 아래로 성장한 결정 영역[전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)]은 저전위 밀도 부분이다. 파셋(5f) 아래로 성장한 결정 영역[전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)]도 저전위 밀도 부분이다. 이것을 다른 것과 구별하기 위해서 도트형이라고 하는 경우도 있다. 그 방법을 도트 파셋 성장법이라고 임시로 부른다.
파셋 피트(5p)에는 앞서 설명한 바와 같이 파셋(5f) 상에 있는 전위(5t)를 경계선(5b)에 모으고 또 피트 바닥으로 모으는 작용이 있다. 피트 바닥[피복부(마스크(3) 부분) 위]은 전위가 집결된 전위 집합 결정 영역(5h)이 된다. 일단 집결한 전위는 재이산하지 않는다. 따라서, 전위 집합 결정 영역(5h)을 「폐쇄 전위 집합 결정 영역」이라고도 부른다. 그 밖의 부분은 전위가 적은 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)(파셋 아래에 생김), 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)(C면 아래에 생김)이 된다. 이렇게 해서 얻어지는 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z) 및 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)에서는 모두 전위가 저감된다. 이로부터, 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z) 및 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)을 함께 전위 저감 결정 영역(5yz)이라고도 부른다.
특허문헌 9에 의해서, 전위 집합 결정 영역(5h), 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z), 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)이라는 개념이 처음으로 생겼다. 마스크라고 하더라도 ELO 마스크와 같이 작은 창이 미세한 피치로 존재하는 것은 아니 다. 기초 기판(1)의 넓은 노출부(1e) 안에 상당한 크기의 점 형상(동그라미, 사각 등)의 피복부[마스크(3) 부분]를 만든다(도 6).
도 1에 도시되는 ELO 마스크는, 기초 기판(1)의 노출부(1e)[창(3w)]가 피복부[마스크(3) 부분]보다 좁으며, 노출부(1e)는 작고(직경 1∼2 ㎛) 피치도 작다(2 ㎛∼6 ㎛).
ELO 마스크와는 반대로, 특허문헌 9의 파셋 피트(5p)의 기초가 되는 마스크(3)는 기초 기판(1)의 노출부(1e)가 피복부[마스크(3) 부분]보다 넓다. 피복부[마스크(3) 부분]의 직경은 꽤 크다(직경 20 ㎛∼100 ㎛). 피복부[마스크(3) 부분] 위가 파셋 피트 바닥이 된다. 파셋 피트(5p)는 전위를 바닥부에 집합시켜 포획해 전위가 다시 이산되는 일이 없다. 마스크(3) 위의 위치에 고전위 밀도의 전위 집합 결정 영역(5h)이 형성되고, 그 주위에 저전위 밀도의 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z) 및 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)이 형성된다고 하는 특징이 있다. 마스크가 없는 기초 기판(1)의 노출부(1e) 위에 저전위 밀도의 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z) 및 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)이 형성된다. 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)이 파셋(5f)의 바로 아래에, 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)이 C면 성장 부분의 바로 아래에 형성된다. 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z) 및 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)은 모두 단결정이며 저전위 밀도이다. 점 형상 마스크를 중심으로 하여 전위 집합 결정 영역(5h)/전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)/전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)의 동심 구조가 생긴다. ELO는 기초 기판(1)의 노출부(1e)[마스크(3)의 창(3w)] 위가 고전위 밀도의 전위 집합 결정 영 역(5h), 피복부[마스크(3) 부분] 위가 저전위 밀도의 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z) 및 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)이 된다. 그 관계는 완전히 반대이다.
특허문헌 9의 실시예에 있어서의 성장 조건은, (성장 온도(Tq), NH3 분압(PNH3), HCl 분압(PHCl), 5/3족비(R5/3))로 나타내면, (1050℃, 30 kPa, 2 kPa, 15), (1030℃, 30 kPa, 2.5 kPa, 12), (1010℃, 20 kPa, 2.5 kPa, 8), (1030℃, 25 kPa, 2.5 kPa, 10), (1050℃, 30 kPa, 2.5 kPa, 12), (1030℃, 25 kPa, 2 kPa, 12.5), (1030℃, 25 kPa, 2 kPa, 12.5)이다.
특허문헌 9는 마스크(3)를 규칙적으로 분포된 고립점(도트)형으로 했기 때문에, 도트 위에는 전위 집합 결정 영역(5h)이 생기고, 그 주변에 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z) 및 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)이 생긴다. 반도체 레이저나 발광 다이오드 등의 디바이스는 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z) 및 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y) 상에 형성되기 때문에, 전위 집합 결정 영역(5h)이 분산되어 있으면 부적합한 경우가 있다.
그래서, 일본 특허 제3801125호 명세서(일본 특허 공개 2003-183100호 공보. 이하, 특허문헌 10이라고 함)는 도 10에 도시하는 바와 같이, 기초 기판(1) 위에 등간격으로 평행줄무늬형의 피복부[마스크(3) 부분]를 갖는 마스크(3)를 형성하고, 그 위에 GaN 결정을 파셋 성장시킨다. 마스크(3)의 피복부[마스크(3) 부분]의 폭(Ds)과 기초 기판(1)의 노출부(1e)의 폭(Dw)의 합계가 피치(Dp)이다(Dp=Ds+Dw). Ds는 Dw보다 훨씬 작다. 기상 성장에 의해서 기초 기판(1) 위에 GaN 결정을 성장시 킨다.
도 11에 도시하는 결정(5)의 평면도 및 도 12에 도시하는 결정(5)의 사시도를 참조하면, 얻어지는 GaN 결정(5)은 평탄 정상면을 갖는 평행한 다수의 산곡형(山谷型) 결정이 된다. 피복부[마스크(3) 부분] 상에 서로 평행한 전위 집합 결정 영역(5h)을 형성하고, 기초 기판(1)의 노출부 상에 서로 평행한 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z) 및 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)을 형성한다. 평행 마스크 위에 형성되는 전위가 집합된 영역을 전위 집합 결정 영역(5h)이라고 부른다. 이러한 전위 집합 결정 영역(5h)에 인접하여, 파셋(5f) 아래에 연속하여 성장하는 결정 영역을 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)이라고 부른다. 인접하는 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z, 5z) 사이에 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y) 이 생기는 경우도 있고 생기지 않는 경우도 있다.
특허문헌 9에 있어서, 고립된 점 형상의 마스크 위에 형성되는 전위 집합 결정 영역(5h)에 일단 집결된 전위는 재이산되지 않는다. 즉, 고립된 점 형상의 마스크 위에 형성되는 전위 집합 결정 영역(5h)은 닫혀 있다. 마찬가지로, 스트라이프형의 마스크 위에 형성되는 전위 집합 결정 영역(5h)에 일단 집결된 전위는 재이산하지 않는다. 즉, 스트라이프형의 마스크 위에 형성되는 전위 집합 결정 영역(5h)도 닫혀 있다. 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)은 전위 집합 결정 영역(5h)의 사이에서 성장한다. 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)은 생기는 경우도 생기지 않는 경우도 있다. 이 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)은 C면 아래에서 성장하는 결정 영역이다.
성장 수법에 따라서 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)이 소실되는 경우도 있다. 도 13에 도시하는 결정(5)의 평면도 및 도 14에 도시하는 결정(5)의 사시도를 참조하면, 얻어지는 GaN 결정(5)이 첨예한 능선을 갖는 산곡형 결정이 되는 경우가 있다. 피복부[마스크(3) 부분] 상에 서로 평행한 전위 집합 결정 영역(5h)이 형성된다. 이것이 곡(谷)이 된다. 그 이웃의 기초 기판(1)의 노출부에 서로 평행한 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)이 생긴다. 산 형상의 파셋(5f, 5f)은 뾰족하여, C면(5c) 부분이 없다. 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)이 소실된다. 즉, 얻어지는 GaN 결정(5)은 … 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)/전위 집합 결정 영역(5h)/전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)/전위 집합 결정 영역(5h) …의 구조를 갖는다.
도 15a∼도 15f를 참조하여, 스트라이프형 파셋 성장법을 설명한다. 도 15a에 도시하는 바와 같이, 평행한 선형의 복수의 스트라이프 피복부[마스크(3) 부분]를 기초 기판(1) 위에 형성한다. 기초 기판(1) 상에 질화갈륨 결정을 기상 성장시키면, 도 15b에 도시하는 바와 같이, 기초 기판(1)의 노출부(1e) 위에만 결정(5)이 성장한다. 피복부[마스크(3) 부분] 위에는 성장하지 않는다. 결정(5)이 더 성장하면, 도 15c에 도시하는 바와 같이, 기초 기판(1)의 노출부(1e) 위에 결정(5)이 쌓아져간다. 경사면은 저면 지수의 파셋(5f)이다. 결정(5)은 피복부로 구획되어진 평행한 섬 형상이 된다. 결정(5)이 더 성장하면 도 15d에 도시하는 바와 같이, 피복부[마스크(3) 부분]를 바닥으로 하여 반대 방향으로 경사지는 평행한 경사면으로 이루어지는 V홈이 평행하게 생긴다. 대향하는 경사면은 기울기 방향이 반대이며 동 일한 각도를 이루는 파셋(5f, 5f)이다. 인접하는 마스크(3, 3) 사이의 결정(5)의 평탄면은 C면(5c)이다.
결정(5)이 더 성장하면, 도 15e에 도시하는 바와 같이, 피복부[마스크(3) 부분] 위에도 결정(5)이 쌓이게 된다. 이것은 전위가 고밀도로 집합된 전위 집합 결정 영역(5h)이다. 결정(5)이 더 성장하면, 도 15f에 도시하는 바와 같이, 마스크(3) 위의 전위 집합 결정 영역(5h)은 대체로 폭은 그대로이며 위로 뻗는다. 파셋(5f, 5f)은 보다 넓어진다. 파셋(5f, 5f)의 바로 아래는 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)이 된다. 전위 집합 결정 영역(5h)과 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)과의 경계는 결정립계(5k)이다. 결정립계(5k)가 전위를 전위 집합 결정 영역(5h)에 가둔다.
인접하는 마스크(3, 3) 사이 부분의 위쪽에 위치하는 결정(5)의 평탄면은 C면(5c)이다. C면(5c)의 아래는 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)이 된다. C면(5c)은 점점 좁아져 간다. 스트라이프 구조를 이루는 결정(5)의 피치는 마스크(3)의 피치(Dp)와 같다. 마스크 피치(Dp)는 마스크(3)의 폭(Ds)과 기초 기판(1)의 노출부(1e)의 폭(Dw)의 합이다(Dp=Ds+Dw). 결정(5)이 더 성장하면, 도 16a에 도시하는 바와 같이, 전위 집합 결정 영역(5h)을 기슭으로 하고, C면(5c)을 산등성이로 하는 산맥과 같은 평행한 결정(5)이 성장해 나간다. 산꼭대기에 해당하는 C면(5c) 부분은 좁아진다. 파셋(5f)의 바로 아래는 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)이 형성되고, C면의 바로 아래는 C면 성장 결정 영역(5y)이 형성된다.
결정(5)이 더 성장하면, 도 16a에 도시하는 형상을 유지한 채로 위쪽으로 결 정이 성장하는 경우도 있다. 혹은, 도 16b에 도시하는 바와 같이, 더욱 예리한 봉우리를 갖는 평행 산맥과 같이 되는 경우도 있다. 이 경우, C면은 없어지고, C면 성장 결정 영역(5y)도 없어진다.
특허문헌 10에 의해서 얻어지는 결정(5)은, 스트라이프형으로 넓어지는 … 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)/전위 집합 결정 영역(5h)/전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)/전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)/전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)/전위 집합 결정 영역(5h)/전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)/전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)/전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)/전위 집합 결정 영역(5h) … 구조, 혹은 스트라이프형으로 넓어지는 … 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)/전위 집합 결정 영역(5h)/전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)/전위 집합 결정 영역(5h)/전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)/전위 집합 결정 영역(5h) … 구조를 갖는다. 전위 집합 결정 영역(5h)에 전위가 집중하여, 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z) 및 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)은 단결정이며 저전위 밀도가 된다.
특허문헌 10의 수법에 의하면, 서로 평행한 스트라이프형의 마스크를 형성하여, 서로 평행한 스트라이프형의 전위 집합 결정 영역(5h)을 형성하기 때문에, 이 수법을 스트라이프형 파셋 성장법이라고 부를 수 있다. 이러한 수법에 의해 얻어지는 결정에 있어서는, 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)이 직선형으로 형성되므로 반도체 레이저, 발광 다이오드 등의 디바이스를 만들기 쉽다.
파셋 성장법과 ELO법은 전혀 다른 방법이다. 마스크의 형상, 치수, 작용 등 도 다르다. 지그재그형으로 창이 분포하는 ELO 마스크와 스트라이프 마스크는 형상도 크기도 달라 판연하게 구별될 수 있다. 스트라이프 마스크는 마스크 폭(Ds)이 20 ㎛∼300 ㎛ 정도이고 피치(Dp)는 100 ㎛∼2000 ㎛ 정도이다. 예컨대, 스트라이프 마스크의 폭(Ds)은 50 ㎛이고, 피치(Dp)는 500 ㎛이다.
도트형 또는 스트라이프형의 마스크를 이용한 파셋 성장법에서는, 전위가 마스크 상의 전위 집합 결정 영역(5h)에 집중하여 그것이 결정립계(5k)에 의해 둘러싸이기 때문에 전위는 재이산되지 않는다. 전위 집합 결정 영역(5h)에 인접하는 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z) 및 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)에 인접하는 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)은 저전위 밀도로 단결정이 된다. 이 전위 저감 결정 영역을 디바이스의 전류가 통하는 부분으로 하면 된다.
GaN 결정은 {1-100} 방향이 벽개면이므로, 자연 벽개에 의해서 레이저의 공진기 미러를 형성할 수 있다. 산소를 도핑하여 n형으로 하므로 전류가 지나 저면에 n 전극을 형성할 수 있다. 그 점에서 GaN 결정은 사파이어 기판보다 우수하다.
ELO는 기초 기판의 노출부가 작아 그 위에 성장하는 결정은 고전위 밀도가 되고, 피복부(마스크 부분)가 넓어 그 위는 저전위 밀도가 된다. 이에 대하여, 스트라이프형 파셋법에서는, 기초 기판의 노출부가 넓어 그 위에 성장하는 결정은 저전위 밀도로, 피복부(마스크 부분)가 좁아 그 위에는 고밀도 전위가 된다.
특허문헌 10의 실시예에 있어서의 성장 조건은, (성장 온도(Tq), NH3 분압(PNH3), HCl 분압(PHCl), 5/3족비(R5/3))로 나타내면, (1050℃, 30 kPa, 2 kPa, 15), (1030℃, 30 kPa, 2.5 kPa, 12), (1050℃, 30 kPa, 2 kPa, 15), (1010℃, 20 kPa, 2.5 kPa, 8), (1030℃, 25 kPa, 2 kPa, 12.5), (1030℃, 25 kPa, 2.5 kPa, 10)이다.
일본 특허 공개 2005-306723호 공보(이하, 특허문헌 11이라고 함)는, 사파이어 (0001) 기판 위에, H2, TMG, 암모니아를 원료 가스로 하고 (C5H5)2Fe를 도펀트로 한 MOCVD법, 혹은 H2, HCl, Ga 융액, 암모니아를 원료로 하고 (C5H5)2Fe를 도펀트로 한 HVPE법에 의해서, 철 도핑 GaN 결정을 성장시켜 철 도핑 GaN 기판을 얻는다고 하는 방법을 제안하고 있다.
특허문헌 11의 실시예(MOCVD법)에서의 성장 조건은 (성장 온도(Tq), NH3 분압(PNH3), TMG 분압(PTMG), 5/3족비(R5/3))로 나타내면, (1000℃, 15 kPa, 0.3 kPa, 50)이다.
특허문헌 11의 실시예(HVPE법)에서의 성장 조건은 (성장 온도(Tq), NH3 분압(PNH3), HCl 분압(PHCl), 5/3족비(R5/3))로 나타내면, (1000℃, 15 kPa, 0.3 kPa, 50)이다.
지금까지 설명한 것은 청색 발광 다이오드, 반도체 레이저의 기판으로서 이용되는 n형의 GaN 기판이다. Al이나 In을 조금 함유하는 AlInGaN 기판도 제작이 시도되고 있지만 발광 소자의 기판으로서의 용도를 위한 것이다. 그것은 n형이며 도전율이 높아 고밀도 전류가 흐를 수 있다. 도펀트는 실리콘(Si)인 것도 산소(O)인 것도 있다.
그런데 본 발명이 목적으로 하는 것은 n형 결정이 아니라 반절연성(semi-insulating: SI)의 GaN 기판 결정이다. 발광 소자용 n-기판이 아니라 FET 등의 용도를 위한 SI 기판이다.
발광 소자의 경우는 기판에 고밀도의 전류가 흐르기 때문에 전위로부터 열화가 진행될 우려가 있었다.
횡형 전자 디바이스용의 반절연성 GaN 기판(SI-GaN 기판)의 경우는, 고전압, 대전류에 견딜 만큼의 내전압성, 고저항일 필요가 있다. 기판이 높은 전위 밀도를 가지면, 누설 전류의 원인이 되어 바람직하지 못하다. 기판 위에 규칙적인 격자 구조를 지닌 GaN, InGaN, AlGaN 박막을 다층 형성하기 때문에 전위는 적은 쪽이 좋다. 반절연성 GaN 기판의 경우, 절연성이 높고 휘어짐이 적고 전위 밀도가 낮아 크랙 발생이 적은 기판일 것이 강하게 요망된다.
종래 기술(특허문헌 1∼10)에서 예로 든 GaN 기판은 모두 저저항율이다. 특허문헌 1의 GaN 기판은 0.005∼0.08 Ωcm의 저항율을 지니고, 특허문헌 2의 GaN 기 판은 0.0035∼0.0083 Ωcm의 저항율을 지니며, 특허문헌 3의 GaN 기판은 0.01∼0.017 Ωcm의 저항율을 갖는다. 이들은 n형의 도펀트를 넣었다고는 기재되어 있지 않기 때문에 5족 홀(hole)이 도너 레벨을 만들었거나 원료 가스 중에 포함되는 n형 도펀트 원소가 들어갔다고 생각된다.
특허문헌 4는 저항율을 구체적으로 기재하고 있지 않다. 이것은 Si를 도펀트로서 의도하여 저저항 n형 GaN 기판을 만들려고 하고 있다. 따라서 저항율은 특허문헌 1∼3보다 더욱 낮다고 추측된다. 이들 기술 내용으로부터 종래의 GaN 결정의 비저항의 상한은 0.08 Ωcm 정도일 것이라고 생각된다.
횡형 전자 디바이스용의 기판으로서의 반절연성 기판으로 하려면, 이러한 저저항인 것이라면 적합하지 않다. 반절연성 3-5족 질화물 기판으로서는, 비저항이 105 Ωcm 이상일 것이 요망된다. 목적에 따라서는 106 Ωcm 이상 혹은 107 Ωcm 이상이 요구되는 경우도 있다.
종래의 GaN 결정 제조 기술에서는 그와 같은 고저항의 결정을 만들 수 없다. 어떻게 하면 될까? 5족 홀은 도너가 되기 때문에, 5족 홀의 발생을 막기 위해서는 5족 원료의 공급을 늘리면 된다. 이미 설명한 바와 같이, MOCVD법에서는 5/3족비(R5/3)가 1000∼2000으로 설정되어 있으며, 그 이상으로 5족/3족비(R5/3)를 높이면 원료의 낭비도 많아진다. HVPE 경우의 5/3족비(R5/3)는 12∼50 정도인 것이 많다. 5족 원료 비율을 더욱 높일 수는 있지만, 그것은 원료의 손실이 되어 바람직하다고는 말할 수 없다.
고순도의 원료를 사용하여 불순물이 들어가지 않도록 하면 보다 고저항의 질화갈륨 결정을 만들 수 있을 것이다. 그러나 그렇다고 해도 자연적으로는 결정이 n형으로 되어 횡형 전자 디바이스용으로 쓸 수 있을 정도의 반절연성은 얻어지지 않는다.
그 밖의 선택지로서, 다른 원소를 첨가함으로써 n형 캐리어의 이동을 억제한다는 것을 생각할 수 있다. 특허문헌 11에서는 철 도핑 GaN 결정이 반절연성이라는 것을 밝히고 있다. 기상 성장법이므로 기체 상태로 철 화합물을 공급할 필요가 있다. 특허문헌 11은 사파이어 기판 위에, 비스시클로펜타디에닐철을 도펀트로 하여, 질화갈륨 결정을 MOCVD법으로 제작한다. 특허문헌 11은 마스크를 이용하지 않고서 사파이어 기판 위에 철 도핑 GaN 결정을 성장시킨다.
철에 의해서 GaN 결정의 저항율을 높일 수 있다고 하는 것은 새로운 지견이다. 반절연성 GaN을 만들기 위해서는 철 도핑이 유력한 수단이라는 것을 특허문헌 11로부터 알 수 있었다. 그 밖에, FET 등의 전기 소자의 기판으로 하기 위해서는, 휘어짐이 적고 크랙 발생률이 낮다는 것도 중요하다. 특허문헌 11에서는 크랙의 발생이나 깨어짐에 대해서는 전혀 언급되어 있지 않다.
본 발명에 따른 반절연성 질화물 반도체 기판의 제조 방법은, 기초 기판 위에, 폭 또는 직경(Ds)이 10 ㎛∼100 ㎛인 도트형 또는 스트라이프형의 피복부를 간격(Dw)이 250 ㎛∼2000 ㎛이 되도록 나란히 배열한 마스크를 형성하는 공정과, HVPE법에 의해서, 5/3족비(R5/3)가 1∼10인 3족 원료 가스 및 5족 원료 가스와 철을 함유하는 가스를 공급하여, 성장 온도 1040℃∼1150℃에서 기초 기판 위에 질화물 반도체 결정을 성장시키는 공정과, 기초 기판을 제거하는 공정을 포함하여, 비저항이 1×105 Ωcm 이상, 두께가 100 ㎛ 이상인 자립 반절연성 질화물 반도체 기판을 얻는다. 여기서, 성장 온도란, 결정 성장에 이용되는 기초 기판의 온도(기판 온도)를 의미한다.
기초 기판은 (111)면 GaAs 웨이퍼, 사파이어 웨이퍼, SiC 웨이퍼, GaN 웨이퍼 등을 이용할 수 있다.
도 19에 HVPE로(爐)의 개략 종단면도를 도시한다. 세로 길이의 반응로(102)의 외측에는 히터(103)가 설치된다. 히터(103)는 세로 방향으로 뻗어 여러 개로 분할되고 있으며 상하 방향으로 임의의 온도 분포를 발생할 수 있다. 반응로(102)는 핫월(hot wall)을 갖는다. 반응로(102)의 가운데 상부에는 Ga 융액을 저장한 Ga 저장소(104)가 마련된다. 반응로(102)의 아래쪽에는 회전 승강이 자유로운 회전축에 지지된 서셉터(105)가 있다. 서셉터(105) 위에는 기초 기판(1)이 놓여진다. 제1 원료 가스 공급관(107)은 수소(H2)와 염화수소(HCl)의 가스를 Ga 저장소(104)에 공급한다. HCl과 Ga가 반응하여 GaCl 가스가 생긴다. 이것이 아래쪽으로 이동한다. 제2 원료 가스 공급관(108)은 수소(H2)와 암모니아(NH3) 가스를 기초 기판(1) 위쪽으로 공급한다. GaCl과 NH3이 반응하여 GaN이 생성되어, 기초 기판(1) 상에 GaN 결정이 성장한다. 제3 원료 가스 공급관(110)은 철(Fe)의 기체 화합물과 캐리어 가스(H2)의 혼합 가스를 반응로 내에 공급한다. 성장하는 GaN 결정의 내부에 철이 도핑된다. 반응 후, 배출 가스, 미반응 가스는 가스 배출관(109)으로부터 배출된다.
GaN 결정에 철을 도핑하는 원료로서는, 비스시클로펜타디에닐((C5H5)2Fe) 혹은 비스메틸시클로펜타디에닐((CH3C5H4)2Fe)을 이용한다. 이들은 가스상이므로 반응로에 위쪽의 가스 유로로부터 기체로서 불어넣어진다. 이들이 열분해되어 결정 안으로 받아들여진다. 혹은 HCl과 반응하여 FeCl, FeCl2 또는 FeCl3이 되어 결정 안으로 불어넣어진다.
그와 같이 하여 제작된 질화물 반도체 기판 중의 철의 농도(CFe)는 1×1020 cm-3≥CFe≥1×1016 cm-3이 된다. 질화물 반도체 기판의 저항율은 1×105 Ωcm 이상이다.
마스크는 SiO2, SiON, SiN, AlN, Al2O3 등으로 이루어진다. 마스크의 치수는 스트라이프 마스크의 경우, 피복부[마스크(3) 부분]의 폭(Ds)은 10 ㎛∼100 ㎛로 한다. 피복부[마스크(3) 부분]의 간격(Dw)은 250 ㎛∼2000 ㎛로 한다. 피치(Dp)는 260 ㎛∼2100 ㎛이다. 여기서, Dp=Ds+Dw의 관계가 있다.
도트 마스크의 경우는 피복부[마스크(3) 부분]의 직경(Ds)은 10 ㎛∼100 ㎛로 한다. 피복부[마스크(3) 부분]의 간격은 Dw=250 ㎛∼2000 ㎛로 한다. 피치(Dp) 는 260 ㎛∼2100 ㎛이다. 여기서, Dp=Ds+Dw의 관계가 있다.
기판 온도가 1040℃∼1080℃이면 피복부[마스크(3) 부분] 상에서 낮고, 기초 기판(1)의 노출부(1e)에서 높아지는 파셋(5f)을 갖는 산 형상의 결정(5)(Ⅱ형)이 성장한다(도 20). 이러한 결정(5)에 있어서, 마스크(3) 위는 전위 집합 결정 영역(5h)이 되고, 마스크(3) 근처의 노출부(1e) 상의 파셋(5f)의 바로 아래는 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)이 된다.
도 20은 도 21과의 대비를 강조하기 위해서, 결정 표면이 산 형상만으로 이루어지는 이상형을 나타내고 있다. 이것은 스트라이프 마스크를 이용하여 특별한 조건으로 결정 성장시킨 경우에만 실현된다. 도트 마스크를 이용한 경우는, 기하학적인 제약으로부터 이와 같이 되지 않는다. 도트 마스크를 이용한 경우라도 스트라이프 마스크를 이용한 경우라도, 실제로는 인접하는 마스크(3)의 중간 위치 상에 C면(5c)(파선으로 나타냄)이 생기고, 그 C면(5c) 아래에 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)이 생기는 경우가 많다. 전위 집합 결정 영역(5h)과 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z), 혹은 전위 집합 결정 영역(5h)과 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)과 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)과 같이 다른 것이 혼재하는 구조가 되므로, 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z) 및 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)에 있어서 전위가 저감함으로써 발생하는 내부 응력에 의한 왜곡(긴장)을 완화할 수 있다.
도 20에 도시되는 Ⅱ형 결정(5)은 상면에 파셋(5f)을 가지며, 파셋(5f)을 통하여 산소를 많이 빨아들이기 쉬운 경향이 있다. 그래서 n형 불순물인 산소에 의해 서 철 도핑 효과가 상쇄되는 경우가 있다. 그러면 철의 농도를 상승시킬 필요가 있어 전체적인 불순물의 양이 늘어나는 경우도 있다.
기판 온도가 보다 높은 1080℃∼1150℃라면 도 21에 도시하는 바와 같이, 표면이 한결같은 높이인 Ⅰ형 결정(5)이 성장한다. 결정 표면은 거의 평탄한 C면(5c)이다. 도 21도 도 20과의 대비를 강조하기 위한 이상형을 나타내고 있다. 실제로는 마스크(3) 위의 부분이 약간 오목부가 되는 경우도 많다. 마스크(3) 위는 전위 집합 결정 영역(5h)이 되기 때문이다. 기초 기판(1)의 노출부(1e) 위는 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)과 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)이 혼재한 것처럼 된다. 다른 조직이 교체되는 구조이기 때문에 결정 내부의 응력을 완화할 수 있다.
도 21에 도시하는 Ⅰ형 결정(5)은 파셋(5f)을 거의 갖지 않고서 성장하기 때문에 산소를 받아들이지 않는다. 그러므로 철 도핑 효과가 현저하게 된다. 전체적인 불순물 농도를 줄일 수 있다. 불순물이 적기 때문에, Ⅰ형 결정(5)은 내부 응력이 작고, 크랙이 보다 생기기 어렵다고 하는 이점이 있다. 즉 Ⅰ형은 철 도핑 질화물 반도체 결정으로서 최적의 구조이다. Ⅰ형 결정을 만들기 위해서는 보다 고온에서 5/3족비(R5/3)가 낮은 쪽이 좋다. 예컨대, 기판 온도를 1080℃∼1150℃의 고온으로 하고, 5/3족비(R5/3)를 1∼10으로 한다. 또, 기판 온도를 1090℃∼1150℃로 하고, 5/3족비(R5/3)를 1∼5로 하면, 보다 확실하게 Ⅰ형 구조로 할 수 있다.
5/3족비(R5/3)가 1∼10이고, 기판 온도가 1080℃에 근접하면(예컨대, 1070℃∼1090℃), 도 24에 도시하는 바와 같이, Ⅰ형과 Ⅱ형의 혼합형인 사다리꼴 정점을 갖는 결정이 생긴다.
상기 도 20, 도 21 및 도 24의 3개의 단면도(도 20, 도 21, 도 24)에 있어서, 각각 3가지 형(구조)을 갖는 결정을 나타냈지만, 어떤 성장 온도(기판 온도)에서 단면 형상이 돌연히 변화된다고 하는 상전이가 발생하는 것은 아니며, 성장 온도(기판 온도)나 5/3족비(R5/3)에 의해서 연속적으로 결정의 단면 형상이 변화해 간다. 기판 온도 1140∼1150℃, 5/3족비(R5/3) 1∼3에서 결정 성장시키면, 도 21과 같은 결정 표면이 이상적인 평탄형인 Ⅰ형 결정을 얻을 수 있다. 결정 성장할 때에, 성장 온도(기판 온도)가 내려감에 따라서, 또한 5/3족비(R5/3)가 높아짐에 따라서, 도 21의 Ⅰ형(결정 표면이 평탄)의 결정에서 도 20의 Ⅱ형(결정 표면이 산 형상)의 결정으로 변화해 간다.
기판 온도가 1050℃∼1150℃라는 것은 질화물 반도체 결정의 기상 성장법의 성장 온도로서는 높은 편이다. 성장 온도(기판 온도)를 높게 하면, 대형 마스크라도 표면이 평탄한 결정을 성장시키는 것이 가능하다는 것이 Ⅰ형 성장이 의미하는 바이다.
5/3족비(R5/3)가 1∼10이라고 하는 것은, 질화물 반도체 결정의 기상 성장법에서는 매우 작은 극한이라고 해도 좋다. 낮은 5/3족비(R5/3)와, 높은 성장 온도에 의해서 철 도핑의 질화물 반도체 결정을 성장시키는 것이 본 발명의 사상이다.
지금까지의 종래예에 있어서, 성장 온도(기판 온도)와 5/3족비(R5/3)가 어떠 한 값이었는지에 관해서, 특허문헌 1∼11을 인용하여 설명했을 때에, 기판 온도 및 5/3족비(R5/3)를 예로 들었다.
성장 온도(기판 온도)와 5/3족비(R5/3)와의 관계를 도 22에 도시했다. 횡축은 성장 온도(기판 온도)이다. 종축은 5/3족비(R5/3)를 대수 표시한 것이다. 검은 동그라미 점은 종래예에 있어서의 HVPE법에 의한 성장 온도(기판 온도)와 5/3족비(R5/3)를 나타낸다. 검은 동그라미를 흰 동그라미로 둘러싼 것은 종래예에 있어서의 MOCVD법에 의한 것이다. 덧붙인 숫자는 인용한 특허문헌의 번호를 나타낸다. 실시예 하나에 하나의 점이 대응한다.
예컨대, (성장 온도(Tq), 5/3족비(R5/3))가 (970℃, 100)인 곳에 3개의 흑백 동그라미가 있고, 1, 1, 1의 숫자가 있다. 그것은 특허문헌 1의 MOCVD법의 실시예 3개가 (970℃, 100)였다고 하는 것이다. 특허문헌 1에 있어서 성장 온도(기판 온도)가 950℃∼1020℃일 때에 HVPE에 관한 실시예를 나타내는 9개의 검은 동그라미가 있다.
특허문헌 4는 명확한 실시예가 없고, MOCVD법에 있어서, 성장 온도(Tq)에 대해서는 960℃∼1050℃의 폭을 가지며, 5/3족비(R5/3)는 1000, 800 등이므로, 결과를 연속 직선으로 표현하고 있다.
본 발명에서의 Ⅱ형 결정에 관해서, 성장 온도(기판 온도) 및 5/3족비(R5/3)의 점을 흰 삼각으로 나타낸다. 성장 온도(Tq)가 1050℃이고 5/3족비(R5/3)가 2.5인 점이 14점 있다. 성장 온도(Tq)가 1050℃이고 5/3족비(R5/3)가 5인 점이 1점 있다. 성장 온도(Tq)가 1050℃이고 5/3족비(R5/3)가 10인 점이 1점 있다.
본 발명에 있어서의 Ⅰ형 결정에 관해서, 성장 온도(기판 온도) 및 5/3족비(R5/3)의 점을 흰 동그라미로 나타낸다. 성장 온도(Tq)가 1110℃이고 5/3족비(R5/3)가 2.5인 점이 19점 있다. 성장 온도(Tq)가 1110℃이고 5/3족비(R5/3)가 3인 점이 1점 있다. 성장 온도(Tq)가 1110℃이고 5/3족비(R5/3)가 1인 점이 1점, 성장 온도(Tq)가 1100℃이고 5/3족비(R5/3)가 2.5인 점이 1점 있다.
도 22에 있어서, 본 발명에 따른 성장 온도(기판 온도) 및 5/3족비(R5/3)의 범위를 파선으로 둘러싸고 있다. 1080℃는 Ⅰ형과 Ⅱ형의 중간적인 혼합형의 결정을 성장시키는 데 적합한 온도이다.
특허문헌 2, 3은 피치가 큰 마스크를 사용하지 않는다. 5/3족비(R5/3)가 3인 8개의 실시예가 있다. 5/3족비(R5/3)가 4인 2개의 실시예가 있다. 5/3족비(R5/3)가 6인 10개의 실시예가 있다. 그러나 기판 온도는 970℃, 1020℃ 또는 1030℃로, 본 발명의 하한인 1040℃ 이하이다. 특허문헌 2, 3은 피치가 넓은 마스크를 사용하지 않으며, 철 도핑을 하고 있지 않다. 이와 같이, 본 발명과 특허문헌 2, 3은 3가지 점에서 차이가 있다.
특허문헌 8은 파셋 성장법의 최초의 것이지만, 피치가 큰 마스크를 사용하지 않는다. 성장 온도가 1050℃이다. 5/3족비(R5/3)가 40이다. 철 도핑하지 않는다. 본 발명과 특허문헌 8은 3가지 점에서 다르다.
특허문헌 9, 10은 피치가 넓은 마스크를 사용한다. 성장 온도가 1030℃ 또는 1050℃일 때, 5/3족비(R5/3)가 12, 12.5 또는 15이다. 5/3족비(R5/3)가 8일 때, 성장 온도는 1010℃이다. 이것도 철 도핑하지 않는다. 본 발명의 Ⅱ형 결정은 특허문헌 9, 10과 2가지 점에서 다르다. 본 발명의 Ⅰ형 결정은 결정 표면이 거의 평탄하기 때문에, 특허문헌 9, 10과 3가지 점에서 다르다.
특허문헌 11은 철 도핑하는 유일한 문헌이다. MOCVD법에서는 성장 온도가 1000℃이고 5/3족비(R5/3)가 50이다. HVPE법에서는 성장 온도가 1000℃이고 5/3족비(R5/3)가 50이다. 마스크를 사용하지 않는다. 본 발명과 특허문헌은 성장 온도(기판 온도), 5/3족비(R5/3), 마스크 유무의 3가지 점에서 다르다.
철을 도핑했기 때문에 이것이 내재적인 도너를 상쇄하여, 비저항이 107 Ωcm 이상인 반절연성 질화물 반도체 기판을 얻을 수 있다
반복 피치가 큰 마스크를 기초 기판에 형성하여 그 위에 결정 성장하기 때문에, 내부에 전위 집합 결정 영역(5h)이나 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z), 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y) 등 다른 조직의 구조가 생긴다. 그것이 결정의 내부 응력을 완화하기 때문에, 휘어짐이 적은 결정을 얻을 수 있다.
성장 온도를 1040℃∼1150℃의 고온으로 하고, 5/3족비(R5/3)를 1∼10이라는 낮은 값으로 하기 때문에 반복 피치가 큰 마스크를 형성한 기초 기판 위에서도 표면이 꽤 평탄한 결정을 성장할 수 있고, 그로써 산소의 혼입을 꽤 막을 수 있다. 이 때문에, 결정 구조의 혼란이 적고, 휘어짐, 크랙이 적어진다.
본 발명의 전술한 것들 외, 기타 목적, 특징, 양태 및 장점들은 첨부 도면을 참조하여 이하의 설명으로부터 더욱 분명해질 것이다.
특허문헌 11은 기판 온도를 1000℃로 하고, 5/3족비(R5/3)를 50으로 하여 사파이어 기판 위에 철 도핑 GaN 결정을 성장시킨다. 특허문헌 11과 같이, 기초 기판에 직접 철 도핑 GaN 결정을 기상 성장하면, 이질의 철이 들어가 격자 구조를 왜곡시킨다. 불순물 농도(철 농도)가 높으면 큰 응력이 생겨 응력 완화할 수 없어, 내부 왜곡이 커져 크랙, 휘어짐이 커진다. 내부 응력을 완화하지 않으면, 휘어짐, 크랙을 억제하면서 고농도로 Fe 도핑할 수 없다.
특허문헌 8, 9, 10에서 제안된 파셋 성장법은, 기초 기판 위에 기초 기판의 노출부가 넓은 마스크를 형성하여, 마스크(3) 위에 전위(결정 결함)를 집중시킴으로써 주변부[전위 저감 결정 영역(5yz), 즉 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z) 및 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)을 말한다. 이하 동일함]에서의 전위를 줄이는 작용이 있다. 이들은 전위의 감소를 의도하였다. 반절연성 기판의 경우는 대전류, 고전압에 견디기 위해서 전위 밀도가 낮은 것이 바람직하다. 또한, 특허문헌 8, 9, 10의 파셋 성장법은 다른 구조 부분, 즉 전위 집합 결정 영역(5h), 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z) 및 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)이 결정 중에 발생하기 때문에, 그것이 응력을 완화한다. 그 때문에 휘어짐을 줄여 크랙 발생을 억제하는 효과도 있다는 것을 알 수 있게 되었다.
그래서, 본 발명은, 철 도핑 GaN 결정을 만드는 경우도 파셋 성장 수법을 이용한다. 파셋 성장법은 특허문헌 8과 같이 마스크가 없는 것도 있지만, 특허문헌 9, 10과 같이, 마스크(3)를 기초 기판(1)에 붙여 전위 집합 결정 영역(5h), 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z) 및 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y) 부분이 생기는 위치를 미리 지정할 수 있는 것도 있다.
전위가 집결된 전위 집합 결정 영역(5h)과, 전위가 적은 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z) 및 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)이 교체되는 구조는 결정의 내부 응력을 완화할 수 있다. 불순물 도핑에 의해 왜곡이 있더라도 그 응력을 감쇄할 수 있다.
따라서, 기초 기판에 마스크를 형성하여 파셋 성장하는 수법은 고농도로 불순물을 넣는 철 도핑 GaN 결정의 제조에 유용하다.
마스크 피복부에서 결정의 성장이 지연되고, 기초 기판의 노출부에서는 성장이 선행하기 때문에 파셋이 생기고, 전위 밀도는 감소한다. 그런데 파셋이 있으면 특허문헌 7에서의 설명과 같이 파셋을 통하여 산소가 쓸데없이 결정 내부에 도핑되는 것을 알 수 있게 되었다.
산소는 특허문헌 6에서의 설명과 같이 n형 캐리어를 발생하기 때문에 철 도 핑 효과를 감쇄시킨다. 산소가 받아들여지면 그것을 보상하기 위해서 대량의 철 원자를 도핑하지 않으면 안 된다. 그렇게 되면 산소도 철도 고농도로 결정에 포함되게 된다.
산소도 철도 GaN 결정의 원래의 구성 요소가 아니다. 대량으로 도핑되면 결정의 격자 구조를 어지럽힌다. 고농도의 산소, 철의 첨가는 결정의 규칙성을 저하시킨다. 그것은 전위 밀도를 높이고 내부 응력을 증가해 휘어짐을 크게 한다. 크랙의 발생률도 올라간다. 반절연성으로 하기 위해서는 철 도핑은 어쩔 수 없다. 그러나 산소는 불필요하다. 따라서 산소 농도를 될 수 있는 한 낮게 억제하고 싶다. 예컨대, 원료 가스를 가능한 한 정제하여 산소, 수분을 제거할 필요가 있다. 그러나 그것으로도 수분을 완전히 제거하기는 어렵다. 원료 가스에 얼마쯤의 산소, 수분이 남는다.
산소는 특허문헌 7과 같이 C면으로부터는 들어가기 어렵고 파셋을 통해서 용이하게 들어간다. 이것은 산소 혼입을 줄이려면 파셋을 만들지 않고 C면에서 성장시키는 것이 유망하다고 생각된다.
특허문헌 8, 9, 10의 이전에는 C면 성장을 하였다는 것이다. 따라서 특허문헌 1∼5의 그때까지의 통상의 C면 성장으로 되돌아가는 것도 생각할 수 있다. 그러나 그것은 특허문헌 11과 동일한 것이 된다. 크랙이나 휘어짐의 점에서 만족할 수 없다.
특허문헌 8, 9, 10의 파셋 성장법은 전위를 줄이는 것뿐만 아니라, 결정의 내부 응력을 줄여 휘어짐을 경감하는 작용이 있다. 전위 저감 효과뿐만 아니라 내 부 응력 저감 효과가 요구되는 것이다. 그래서 본 발명자는 특허문헌 9, 10과 같은 마스크 피복부보다 기초 기판의 노출부가 넓고, 피복부 및 노출부의 피치가 큰 마스크를 사용하여, 기판 온도와 5/3족비(R5/3)를 적당한 범위에 제어하여, 파셋을 억제함으로써, 휘어짐이 작고 크랙의 발생이 적은 결정 성장을 한다는 데에 생각이 이르렀다.
예컨대 50 ㎛ 폭의 평행 마스크를 500 ㎛ 간격으로 형성한 기판 위에 파셋을 만들지 않고서 결정을 성장시키려면 어떻게 하면 될까? 이를 위해서는 성장 온도를 보다 높게 하고, 3족 원료(Ga 등)을 보다 많이 공급하면 된다는 것을 알 수 있게 되었다.
1080℃ 이상의 높은 성장 온도(기판 온도)이며, 5/3족비(R5/3)가 1∼10과 같이 낮으면, 피치가 큰 마스크 위에도 C면을 유지하여 성장하게 되는 것을 알 수 있게 되었다. 1090℃ 이상의 기판 온도에서 5/3족비(R5 /3)를 1∼5로 하면, 보다 확실하게 C면을 유지하여 결정 성장이 이루어지는 것으로 보인다. 도 21에 도시하는 바와 같다. 1110℃의 기판 온도라면 5/3족비(R5/3) 1∼10에서 파셋을 만들지 않고서 결정 성장한다. 그렇게 하면 산소가 그다지 들어가지 않는다. 산소는 철 도핑의 작용을 상쇄하는데, 산소가 들어가지 않으면 철 도핑 효과가 강하게 나타난다. 그 때문에 질화물 반도체 결정은 반절연성이 되는 것이다. 마스크 위에 결정을 성장시키므로, 전위 집합 결정 영역(5h), 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z), 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)과 같은 이질 부분이 생성된다. 그것이 내부 응력을 감소시 키기 때문에 휘어짐, 크랙이 줄어든다.
산소가 들어가더라도 그것을 상쇄하는 양의 철을 도핑하면 된다. 불순물이 많이 들어가더라도 내부 응력이 작으면 된다. 이미 설명한 바와 같이, 전위 집합 결정 영역(5h), 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z), 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y) 등의 이질 부분이 혼재하는 구조가 있으면 휘어짐이나 크랙을 줄일 수 있다. 그래서 성장 온도(기판 온도)를 조금 낮추더라도, 마스크 구조가 있으면 응력을 줄일 수 있다. 보다 저온인 1040℃ 정도까지 기판 온도를 낮추어 마스크 구조 위에 질화물 반도체 결정을 성장시킨다. 그렇게 하면, C면 성장이 아니라 파셋 성장이 된다. 도 20과 같이 된다. 파셋(5f)을 만들면서 성장하는 것인데, 5/3족비(R5/3)가 낮으면 어느 정도 산소의 침입을 막을 수 있는 듯하다. 또한, 성장 초기에는 파셋 성장시키도록 기판 온도, 5/3족비(R5/3)를 적당한 범위로 제어하여 결정의 전위와 내부 응력을 줄이고, 이어서 C면 성장시키도록 기판 온도, 5/3족비(R5/3)를 적당한 범위로 제어하여 산소를 받아들이는 양을 줄여 적은 Fe 도핑량으로 고저항의 GaN 기판을 제작할 수도 있다.
도 21과 같이 결정 성장 후의 표면이 평탄한 결정을 Ⅰ형이라고 부르고, 도 20과 같이 표면이 산곡형인 결정을 Ⅱ형이라고 불러 양자를 구별한다.
5/3족비(R5/3)가 1∼10과 같이 낮고, 성장 온도(기판 온도)가 1040℃∼1070℃인 경우, Ⅱ형 결정(5)(도 20)이 생긴다. 전위 집합 결정 영역(5h)의 표면이 낮고, 그 표면에 파셋(5f)이 이어지고 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)이 파셋(5f)의 아래에 생긴다. 이것은 스트라이프형 마스크를 사용하고 C면이 없는 극한의 경우의 단면도를 나타내고 있다. 스트라이프 마스크의 경우라도, 인접하는 마스크(3)의 중간 위치 상에 C면(5c)이 있고, 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)이 존재하는 경우도 있다. 도트 마스크의 경우는 반드시 C면(5c)이 있고, C면(5c)의 아래에 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)이 존재한다.
5/3족비(R5/3)가 1∼10과 같이 낮고, 성장 온도(기판 온도)가 1090℃∼1150℃와 같이 높으면, Ⅰ형 결정(5)(도 21)이 생긴다. 표면은 평탄하며, 마스크의 바로 위에는 전위 집합 결정 영역(5h)이 있어 이들이 표면에 노출된다. 그 밖의 부분은 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)과 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)의 혼합이다.
성장 온도(기판 온도)가 Ⅰ형 결정의 성장 온도와 Ⅱ형 결정의 성장 온도의 중간인 경우(1070℃∼1090℃)는 Ⅰ형과 Ⅱ형의 혼합형 결정(5)으로 된다. 도 24와 같은 사다리꼴 형상의 결정(5)이 생긴다. 마스크 위에는 전위 집합 결정 영역(5h) 이 생긴다. 기초 기판(1)의 노출부(1e) 위에는 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z), 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)이 생긴다.
마스크 위에 생성되는 전위 집합 결정 영역(5h)에 대해서는 지금까지의 연구에서 상당하게 알게 되었다. 전위 집합 결정 영역(5h)은 코어라고 간단히 부르는 경우도 있다. 전위 집합 결정 영역(5h)은 전위가 집중되는 부분이다.
전위 집합 결정 영역(5h)에는 3가지의 다른 경우가 있다. 하나는 다결정이 되는 경우이다. 그와 같은 전위 집합 결정 영역(5h)을 다결정층이라고 부른다. 방위가 다른 결정립이 다수 존재한다. 또 하나의 경우는, 다른 부분[전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z) 및 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)]에 대하여 c축이 기운 단결정이 되는 경우이다. 여기서, 다른 부분이란 c축이 상향으로 되는 단결정이다. 그와 같은 전위 집합 결정 영역(5h)을 경사층이라고 부른다. 나머지 하나의 경우는, c축이 아래를 향하는 단결정이 되는 경우이다. 즉, 다른 부분[전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z) 및 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)]에 대하여 결정축의 방향이 완전히 반전되는 단결정이 되는 경우이다. 그와 같은 전위 집합 결정 영역(5h)을 반전층이라고 부른다. 반전층이 전위를 가두는 힘이 가장 크다. 다음으로, 경사층이 전위를 가두는 힘이 있다. 다결정층은 전위를 포획해 두는 힘이 가장 약하다.
도트형 스트라이프형의 어느 경우도 기초 기판에 설치하는 마스크는 ELO(1∼2 ㎛ 직경, 3∼5 ㎛ 피치; 노출부 협소)보다 훨씬 피치가 크고 노출부가 넓다. 따라서 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z), 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y) 및 전위 집합 결정 영역(5h)과 같은 다른 부분으로 이루어지는 구조를 가질 수 있는 것이다.
도 25에 도시하는 바와 같이, 스트라이프 마스크의 경우, 마스크(3)의 치수는 기초 기판(1)의 마스크(3)에 의한 피복부의 폭(Ds)을 10 ㎛∼100 ㎛로 하고, 인접하는 피복부의 간격(Dw)을 250 ㎛∼2000 ㎛로 한다.
도 26에 도시하는 바와 같이, 도트 마스크의 경우, 마스크(3)의 치수는 기초 기판(1)의 마스크(3)에 의한 피복부의 직경(Ds)을 10 ㎛∼100 ㎛로 하고, 인접하는 피복부의 간격(Dw)은 250 ㎛∼2000 ㎛로 한다. 피복부(마스크 부분)의 직경이 10 ㎛ 미만이면, 전위 집합 결정 영역(5h)의 형성 유지가 잘 되지 않아, 전위 집합 결정 영역(5h)이 생기더라도 도중에 소실된다. 피복부(마스크 부분)의 간격이 2000 ㎛을 넘더라도, 전위 집합 결정 영역(5h)/전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z)/전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)의 구조는 생기지만, 결정이 꽤 두껍지 않으면 전위 집합 결정 영역(5h)에 의한 전위의 완전한 포획이 이루어질 수 없다.
ELO법과 같이 마스크의 치수가 작은 경우는, 결정 성장과 함께 표면이 평탄(C면)하게 되어 마스크의 영향은 곧 없어져 버린다. 그러나, 마스크의 치수가 크면 성장이 진행되더라도 여간해서 표면이 평탄하게 되지 않는다. 파셋 성장법(특허문헌 9, 10)은 최후까지 파셋을 유지하여 전위를 줄이는 것이다.
또한 문제는 휘어짐이나 크랙이다. 특허문헌 11과 같이 마스크 없는 기초 기판 위에 철 도핑 GaN을 C면 성장시키면 자립 기판으로 했을 때에 깨어지거나 강하게 휘거나 한다.
본 발명은 결정 내부에 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z), 전위 집합 결정 영역(5h), 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y) 등 이질의 구조부를 혼재시킴으로써, 결정의 내부 응력을 줄인다. 그 때문에 피치(Dp)가 넓은[간격(Dw), 폭(Ds)이 함께 넓다; Dp=Ds+Dw] 마스크를 사용하여, 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z), 전위 집합 결정 영역(5h), 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y) 등의 구조물을 만든다. 그러 나 파셋이 우월하면 산소가 들어와 버리기 때문에, 온도를 높이고 5/3족비(R5/3)를 낮추어 되도록이면 평탄 표면의 Ⅰ형이 되도록 하여 결정을 만든다. Ⅰ형이 더 바람직하다.
그러나 Ⅱ형이라도 반절연성으로 되고, 휘어짐이나 크랙도 만족할 수 있는 범위에 있기 때문에 Ⅱ형도 이용할 수 있으며, 본 발명의 범위에 포함된다.
위에서 설명한 것과 같은 직경(폭), 간격이 넓은 마스크를 기초 기판에 형성하고, 기판 온도를 1040℃ 이상으로 높게 하여, HVPE법으로, 5/3족비(R5/3)가 1∼10인 5족 원료 및 3족 원료와 철 화합물 가스 원료를 공급하면서, 기초 기판 위에 질화물 반도체 결정을 성장시키고, 그 후 기초 기판을 제거한다. 여기서, 질화물 반도체 결정(5)으로부터 기초 기판(1)을 제거하는 방법은 특별히 제한은 없으며, 절삭, 연삭 등의 방법이 이용된다. 산소량이 비교적 적고, 휘어짐이 적고, 크랙 발생률이 낮은 자립 철 도핑 질화물 반도체 결정을 만드는 것이 본 발명의 골자이다.
[실시예]
(111) Ga면의 GaAs를 기초 기판으로 하여 도트 마스크 혹은 스트라이프 마스크를 형성했다. 마스크는 SiO2이며 두께는 60 nm∼200 nm이다. 마스크의 치수[직경 또는 폭(Ds), 간격(Dw), 피치(Dp)]에 관해서는 후에 설명한다. 그 위에 GaN막을 HVPE법에 의해 성장시켰다. 처음에 버퍼층을 형성하고, 이어서 두꺼운 에피택셜 성장층을 형성했다. 버퍼층의 조건은 다음과 같다.
버퍼층의 성장 조건은, 기판 온도가 500℃∼550℃, GaCl 분압(PGaCl)이 80 Pa(0.0008 atm), NH3 분압(PNH3)이 16 kPa(0.16 atm)이며, 버퍼층의 두께는 50 nm이었다.
버퍼층 성장시의 5/3족비(R5/3)는 200이다. 본 발명에서는 성장 온도와 5/3족비(R5/3)를 중시하지만 그것은 에피택셜 성장(후막 성장)시의 값이며, 버퍼층 형성시의 5/3족비(R5/3)는 문제 삼고 있지 않다.
기판 내에 「크랙이 발생했다」라는 것은 길이가 2.0 mm 이상인 표면 선형 균열이 생긴 경우, 혹은 0.5 mm∼2.0 mm의 표면 선형 균열이 3가닥 이상 생긴 경우, 혹은 0.3 mm∼0.5 mm의 표면 선형 균열이 21가닥 이상 발생한 경우를 말한다.
기판 내에 「크랙이 생기지 않는다」는 것은 2.0 mm 이상의 표면 선형 균열이 0이고, 0.5 mm∼2.0 mm의 선형 균열이 2가닥 이하이며, 0.3 mm∼0.5 mm의 균열이 20가닥 이하인 경우를 말한다.
크랙 발생률(%)이라는 것은, 성장시킨 기판 중, 크랙이 발생한 기판의 매수를 전체 기판의 매수로 나눠 100을 곱한 값이다. 도너 농도(CD)라고 하는 것은 n형 불순물의 농도를 말한다. 여기서는 Si를 도핑하지 않기 때문에 도너는 산소(O)이다. 즉 도너 농도(CD)라고 하는 것은 도너 준위를 만드는 산소 농도라는 것이다. 산소 농도, 철 농도 모두 SIMS(2차 이온 질량 분석법)에 의해서 측정했다. 기판의 휘어짐은 곡률 반경(R)(단위: m)으로 표현한다. 많은 실험을 반복해서 실시했다.
여기서 45개의 시료에 대해서 설명한다. 시료에 1∼45의 번호를 붙인다. 1∼ 36, 44, 45는 본 발명의 실시예이다. 시료 37∼43은 비교예이다. 시료 1∼36, 44, 45의 실시예 중, 시료 1∼21, 44는 Ⅰ형(평탄 표면)이다. 시료 22∼36, 45는 Ⅱ형(산 형상 표면)이다.
비교예는 마스크를 기초 기판에 붙이지 않으며 평탄 기초 기판 위에 직접 결정을 기상 성장시켰다. 비교예 37∼43은 마스크의 영향을 확인하기 위해서 특별히 실험한 것으로 종래 기술이 아니다. 온도, 5/3족비(R5 /3)는 본 발명의 한정 범위 내에 있는 것도 있다.
표 1에, 시료 번호, 마스크 간격(단위: ㎛), 마스크 폭 또는 직경(단위: ㎛), 성장 온도(℃), PGa(GaCl 분압을 의미한다. 단위: kPa), PN(암모니아 분압을 의미한다. 단위: kPa), 기판 치수[단위: mm 또는 인치(")], 두께(단위: ㎛), 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 종류, 결정면 타입, Fe 농도(CFe)(단위: cm-3), 도너 농도(CD)(산소 농도에 해당한다. 단위: cm-3), 비저항(Ωcm), 크랙 발생률(%), 휘어짐의 곡률 반경(단위: m)을 나타낸다.
[실시예 A: 반절연성 기판의 실시예]
[시료 1(실시예; Ⅰ형)]
18 mm각의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 18 mm각의 웨이퍼를 기초 기판에 사용한 것이 시료 1의 특징이다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1110℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다.
GaAs 기판을 가공 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다. 5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅰ형이다. 성장 온도(Tq)가 높기 때문에 Ⅰ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 매우 낮은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1017 cm-3이다. 철을 받아들이는 양이 적다. 비저항은 1×107 Ωcm이었다. 절연성이 약간 낮은 것은 철 농도가 낮기 때문이다. 그러나 그래도 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 4%였다. 크랙 발생률은 매우 낮다. 전체 시료 중에서 최소이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.6 m이다. 휘어짐은 충분히 작다.
[시료 2(실시예; Ⅰ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1110℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다.
GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다. 5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅰ형이다. 성장 온도(Tq)가 높기 때문에 Ⅰ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 매우 낮은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1017 cm-3이다. 철을 받아들이는 양이 적다. 비저항은 1×107 Ωcm이었다. 절연성이 약간 낮은 것은 철 농도가 낮기 때문이다. 그러나 그래도 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 12%였다. 크랙 발생률은 매우 낮다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.2 m이다. 휘어짐은 충분히 작다.
[시료 3(실시예; Ⅰ형)]
직경 3 인치(75 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 이것은 기판의 치수가 크다는 것이 특징이다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도는 Tq이 1110℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다.
GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다. 5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅰ형이다. 성장 온도(Tq)가 높기 때문에 Ⅰ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 매우 낮은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1017 cm-3이다. 철을 받아들이는 양이 적다. 비저항은 1×107 Ωcm이었다. 절연성이 약간 낮은 것은 철 농도가 낮기 때문이다. 그러나 그래도 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 18%였다. 크랙 발생률은 매우 낮다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 6.0 m이다. 휘어짐은 충분히 작다.
[시료 4(실시예; Ⅰ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도는 Tq이 1110℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다.
GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다. 5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅰ형이다. 성장 온도(Tq)가 높기 때문에 Ⅰ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 매우 낮은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1016 cm-3이다. 철을 받아들이는 양이 적다. 비저항은 1×106 Ωcm이었다. 절연성이 약간 낮은 것은 철 농도가 낮기 때문이다. 그러나 그래도 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 12%였다. 크랙 발생률은 매우 낮다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.8 m이다. 휘어짐은 충분히 작다.
[시료 5(실시예; Ⅰ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도는 Tq이 1110℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 10 kPa(0.1 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 1이다. 이 시료는 5/3족비(R5/3)를 1로 한 것이 특징이다. GaN 결정의 성장에서 이와 같이 5/3족비(R5 /3)를 낮게 하는 일은 전혀 없었다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅰ형이다. 성장 온도(Tq)가 높기 때문에 Ⅰ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 매우 낮은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1016 cm-3이다. 철을 받아들이는 양이 적다. 비저항은 1×106 Ωcm이었다. 절연성이 약간 낮은 것은 철 농도가 낮기 때문이다. 그러나 그래도 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 12%였다. 크랙 발생률은 매우 낮다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.9 m이다. 휘어짐은 충분히 작다.
[시료 6(실시예; Ⅰ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1110℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 3.3 kPa(0.033 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다. 5/3족비(R5/3)는 3이다. 이 시료는 5/3족비(R5/3)를 3로 한 것이 특징이다.
그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅰ형이다. 성장 온도(Tq)가 높기 때문에 Ⅰ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 매우 낮은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1016 cm-3이다. 철을 받아들이는 양이 적다. 비저항은 1×106 Ωcm이었다. 절연성이 약간 낮은 것은 철 농도가 낮기 때문이다. 그러나 그래도 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 15%였다. 크랙 발생률은 매우 낮다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.8 m이다. 휘어짐은 충분히 작다.
[시료 7(실시예; Ⅰ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1110℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅰ형이다. 성장 온도(Tq)가 높기 때문에 Ⅰ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 매우 낮은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1019 cm-3이다. 많은 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×1011 Ωcm이었다. 매우 높은 절연성이다. 절연성이 높은 것은 산소(도너)가 적고 철 농도가 높기 때문이다. 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 26%였다. 크랙 발생률은 약간 낮다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.6 m이다. 휘어짐은 충분히 작다. 이것은 절연성이 높은 것이 특징이다.
[시료 8(실시예; Ⅰ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1110℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅰ형이다. 성장 온도(Tq)가 높기 때문에 Ⅰ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 매우 낮은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 5×1019 cm-3이다. 매우 많은 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×1012 Ωcm이었다. 매우 높은 절연성이다. 절연성이 높은 것은 산소(도너)가 적고 철 농도가 높기 때문이다. 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 20%였다. 크랙 발생률은 약간 낮다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.9 m이다. 휘어짐은 충분히 작다. 이것은 절연성이 특히 높은 것이 특징이다.
[시료 9(실시예; Ⅰ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1110℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다.
GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다. 5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 다결정층이다. 결정면 타입은 Ⅰ형이다. 성장 온도(Tq)가 높기 때문에 Ⅰ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 매우 낮은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1017 cm-3이다. 상당한 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×107 Ωcm이었다. 절연성은 높지 않다. 그러나 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 16%였다. 크랙 발생률은 매우 낮다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.7 m이다. 휘어짐은 충분히 작다. 마스크 상의 결정이 반전층이 아니라 다결정이 되는 것이 특징이다. 크랙이나 휘어짐, 비저항 등은 마스크 상의 결정이 반전층으로 되어 있는 경우와 그다지 변함이 없다.
[시료 10(실시예; Ⅰ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1110℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 경사층이다. 결정면 타입은 Ⅰ형이다. 성장 온도(Tq)가 높기 때문에 Ⅰ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 매우 낮은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1017 cm-3이다. 상당한 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×107 Ωcm이었다. 절연성은 높지 않다. 그러나 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 17%였다. 크랙 발생률은 매우 낮다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.9 m이다. 휘어짐은 충분히 작다. 마스크 상의 결정이 반전층이 아니라 경사층으로 되어 있는 것이 특징이다. 크랙이나 휘어짐, 비저항 등은 마스크 상의 결정이 반전층으로 되어 있는 경우와 그다지 변함이 없다.
[시료 11(실시예; Ⅰ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 10 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 이것은 스트라이프 마스크 폭(Ds)을 10 ㎛(0.01 mm)까지 좁게 한 데에 특징이 있다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1110℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 10 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 10 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 10 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅰ형이다. 성장 온도(Tq)가 높기 때문에 Ⅰ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 매우 낮은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1017 cm-3이다. 상당한 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×107 Ωcm이었다. 절연성은 높지 않다. 그러나 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 17%였다. 크랙 발생률은 매우 낮다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.2 m이다. 휘어짐은 충분히 작다. 마스크 폭(Ds)이 작으면 휘어짐이 보다 크게 혹은 작게 될 가능성이 있지만, 마스크 폭(Ds)을 10 ㎛로 하여도 휘어짐은 그다지 커지지 않는다. 마스크 폭(Ds)이 10 ㎛인 경우나 50 ㎛인 경우나 휘어짐은 비슷하다.
[시료 12(실시예; Ⅰ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 25 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 이것은 스트라이프 마스크 폭(Ds)을 25 ㎛(0.025 mm)까지 좁게 한 데에 특징이 있다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1110℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 25 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 25 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다. 5/3족비(R5/3)는 2.5이다.
그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 25 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅰ형이다. 성장 온도(Tq)가 높기 때문에 Ⅰ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 매우 낮은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1017 cm-3이다. 상당한 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×107 Ωcm이었다. 절연성은 높지 않다. 그러나 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 19%였다. 크랙 발생률은 매우 낮다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.2 m이다. 휘어짐은 충분히 작다. 마스크 폭(Ds)이 작으면 휘어짐이 보다 크게 혹은 작게 될 가능성이 있지만, 마스크 폭(Ds)을 25 ㎛로 하여도 휘어짐은 그다지 커지지 않는다. 마스크 폭(Ds)이 25 ㎛인 경우나 50 ㎛인 경우나 비슷하다.
[시료 13(실시예; Ⅰ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 100 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 이것은 스트라이프 마스크 폭(Ds)을 100 ㎛(0.1 mm)까지 넓힌 데에 특징이 있다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1110℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 100 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 100 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다. 5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 100 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅰ형이다. 성장 온도(Tq)가 높기 때문에 Ⅰ형이 된 것이다.
도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 매우 낮은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1017 cm-3이다. 상당한 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×107 Ωcm이었다. 절연성은 높지 않다. 그러나 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 19%였다. 크랙 발생률은 매우 낮다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.1 m이다. 휘어짐은 충분히 작다. 마스크 폭(Ds)이 크면 휘어짐이 보다 크게 혹은 작게 될 가능성이 있지만, 마스크 폭(Ds)을 100 ㎛로 하여도 휘어짐은 그다지 커지지 않는다. 마스크 폭(Ds)이 100 ㎛인 경우나 50 ㎛인 경우나 휘어짐은 비슷하다.
[시료 14(실시예; Ⅰ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 250 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 이것은 마스크 간격(Dw)을 250 ㎛(0.25 mm)까지 좁힌 데에 특징이 있다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1110℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 250 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅰ형이다. 성장 온도(Tq)가 높기 때문에 Ⅰ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 낮은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1017 cm-3이다. 상당한 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×107 Ωcm이었다. 절연성은 높지 않다. 그러나 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 18%였다. 크랙 발생률은 매우 낮다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 6.0 m이다. 휘어짐은 충분히 작다. 마스크 간격(Dw)이 좁으면 휘어짐이 보다 작고 크랙이 보다 감소할 가능성이 있지만, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛인 경우나 250 ㎛인 경우나 휘어짐이나 크랙은 그다지 변하지 않는다.
[시료 15(실시예; Ⅰ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 750 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 이것은 마스크 간격(Dw)을 750 ㎛(0.75 mm)까지 넓힌 데에 특징이 있다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1110℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다. 5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 750 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅰ형이다. 성장 온도(Tq)가 높기 때문에 Ⅰ형이 된 것이다.
도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 낮은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1017 cm-3이다. 상당한 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×107 Ωcm이었다. 절연성은 높지 않다. 그러나 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 18%였다. 크랙 발생률은 매우 낮다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.9 m이다. 휘어짐은 충분히 작다. 마스크 간격(Dw)이 넓으면 휘어짐이 커질 가능성이 있지만, 마스크 간격(Dw)이 750 ㎛인 경우에는 아직 휘어짐이 커지지 않았다.
[시료 16(실시예; Ⅰ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 1000 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 이것은 마스크 간격(Dw)을 1000 ㎛(1 mm)까지 넓힌 데에 특징이 있다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1110℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 1000 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅰ형이다. 성장 온도(Tq)가 높기 때문에 Ⅰ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 낮은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1017 cm-3이다. 상당한 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×107 Ωcm이었다. 절연성은 높지 않다. 그러나 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 17%였다. 크랙 발생률은 매우 낮다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.7 m이다. 휘어짐은 충분히 작다. 마스크 간격(Dw)이 크면 휘어짐이 커질 가능성이 있지만 마스크 간격(Dw)이 1000 ㎛인 경우에는 아직 휘어짐이 커지지 않았다.
[시료 17(실시예; Ⅰ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 1500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 이것은 마스크 간격(Dw)을 1500 ㎛(1.5 mm)까지 넓힌 데에 특징이 있다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1110℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 1500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅰ형이다. 성장 온도(Tq)가 높기 때문에 Ⅰ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 낮은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1017 cm-3이다. 상당한 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×107 Ωcm이었다. 절연성은 높지 않다. 그러나 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 19%였다. 크랙 발생률은 매우 낮다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 3.9 m이다. 휘어짐은 약간 크다. 휘어짐이 큰 것은 마스크 간격(Dw)이 넓기(Dw=1500 ㎛) 때문일 것이다. 허용 최대 휘어짐의 곡률 반경이 2 m∼3.5 m인 경우 이 시료의 기판도 사용 가능하다. 허용 최대 휘어짐의 곡률 반경이 4 m∼5 m인 경우 이 시료는 불합격이 된다. 허용되는 휘어짐의 값은 목적에 따라서 다르다.
[시료 18(실시예; Ⅰ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 2000 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 이것은 마스크 간격(Dw)을 2000 ㎛(2 mm)까지 넓힌 데에 특징이 있다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1110℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다. 5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 2000 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다.
결정면 타입은 Ⅰ형이다. 성장 온도(Tq)가 높기 때문에 Ⅰ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 낮은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1017 cm-3이다. 상당한 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×107 Ωcm이었다. 절연성은 높지 않다. 그러나 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 17%였다. 크랙 발생률은 매우 낮다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 3.3 m이다. 휘어짐은 약간 크다. 휘어짐이 큰 것은 마스크 간격(Dw)이 넓기(Dw=2000 ㎛) 때문일 것이다. 허용 최대 휘어짐의 곡률 반경이 2 m∼3 m인 경우 이 시료의 기판도 사용 가능하다. 허용 최대 휘어짐의 곡률 반경이 3.5 m∼5 m인 경우 이 시료는 불합격이 된다. 허용되는 휘어짐의 값은 목적에 따라서 다르다.
[시료 19(실시예; Ⅰ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1110℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅰ형이다. 성장 온도(Tq)가 높기 때문에 Ⅰ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1017 cm-3이다. 꽤 높은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1017 cm-3이다. 상당한 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×105 Ωcm이었다. 절연성은 매우 낮다. 그래도 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 24%였다. 크랙 발생은 약간 많은 편이지만 사용 가능한 반절연성 기판이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.5 m이다. 휘어짐은 작다.
[시료 20(실시예; Ⅰ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1110℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅰ형이다. 성장 온도(Tq)가 높기 때문에 Ⅰ형이 된 것이다. 도너의 농도(CD)는 1×1017 cm-3이다. 꽤 높은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1019 cm-3이다. 많은 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×107 Ωcm이었다. 절연성은 그다지 높지 않다. 그래도 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 16%였다. 크랙 발생이 적은 좋은 반절연성 기판이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.2 m이다. 휘어짐은 작다.
[시료 21(실시예; Ⅰ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 우선, 에피택셜 성장 온도(Tg)가 1050℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장한 후, 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1100℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 1000 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 1100℃에서 성장한 부분으로부터 GaN 기판을 잘라내어 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅰ형이다. 성장 온도(Tq)가 높기 때문에 Ⅰ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1017 cm-3이다. 꽤 높은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 5×1019 cm-3이다. 많은 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×108 Ωcm이었다. 절연성은 약간 높다. 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 27%였다. 크랙 발생이 꽤 많은 편이지만 사용 가능한 반절연성 기판이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.3 m이다. 휘어짐은 작다.
[시료 22(실시예; Ⅱ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1050℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅱ형이다. 성장 온도(Tq)가 약간 낮기 때문에 Ⅱ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 매우 낮은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1017 cm-3이다. 상당한 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×107 Ωcm이었다. 절연성은 그다지 높지 않다. 그러나 그래도 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 17%였다. 크랙 발생이 적은 좋은 반절연성 기판이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.0 m이다. 휘어짐은 작다.
[시료 23(실시예; Ⅱ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1050℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅱ형이다. 성장 온도(Tq)가 약간 낮기 때문에 Ⅱ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 매우 낮은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1016 cm-3이다. 상당한 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×106 Ωcm이었다. 절연성은 약간 낮다. 그래도 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 13%였다. 크랙 발생이 적은 좋은 반절연성 기판이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.5 m이다. 휘어짐은 작다.
[시료 24(실시예; Ⅱ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1050℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅱ형이다. 성장 온도(Tq)가 약간 낮기 때문에 Ⅱ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1017 cm-3이다. 꽤 높은 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1019 cm-3이다. 많은 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×107 Ωcm이었다. 절연성은 높지 않다. 그러나 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 16%였다. 크랙 발생이 적은 좋은 반절연성 기판이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.7 m이다. 휘어짐은 작다.
[시료 25(실시예; Ⅱ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1050℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅱ형이다. 성장 온도(Tq)가 약간 낮기 때문에 Ⅱ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1017 cm-3이다. 꽤 높은 값이다. 철 농도(CFe)는 5×1019 cm-3이다. 매우 많은 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×108 Ωcm이었다. 절연성은 약간 높다. 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 29%였다. 꽤 큰 값이지만 유용한 기판이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.3 m이다. 휘어짐은 작다.
[시료 26(실시예; Ⅱ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1050℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅱ형이다. 성장 온도(Tq)가 약간 낮기 때문에 Ⅱ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1019 cm-3이다. 매우 높은 값이다. 철 농도(CFe)는 7×1019 cm-3이다. 매우 많은 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×105 Ωcm이었다. 절연성은 매우 낮다. 그러나 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 29%였다. 꽤 큰 값이지만 유용한 기판이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 6.0 m이다. 휘어짐은 작다.
[시료 27(실시예; Ⅱ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1050℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅱ형이다. 성장 온도(Tq)가 약간 낮기 때문에 Ⅱ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1019 cm-3이다. 매우 높은 값이다. 철 농도(CFe)는 8×1019 cm-3이다. 매우 많은 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×107 Ωcm이었다. 절연성은 높지 않다. 그러나 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 28%였다. 꽤 큰 값이지만 유용한 기판이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.1 m이다. 휘어짐은 작다.
[시료 28(실시예; Ⅱ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1050℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅱ형이다. 성장 온도(Tq)가 약간 낮기 때문에 Ⅱ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1017 cm-3이다. 꽤 높은 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1017 cm-3이다. 철을 받아들임이 약간 적다. 비저항은 1×105 Ωcm이었다. 절연성은 매우 낮다. 그러나 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 23%였다. 꽤 큰 값이지만 유용한 기판이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.7 m이다. 휘어짐은 작다.
[시료 29(실시예; Ⅱ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1050℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅱ형이다. 성장 온도(Tq)가 약간 낮기 때문에 Ⅱ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 낮은 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1019 cm-3이다. 많은 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×1011 Ωcm이었다. 절연성은 매우 높다. 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 27%였다. 꽤 큰 값이지만 유용한 기판이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.4 m이다. 휘어짐은 작다.
[시료 30(실시예; Ⅱ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1050℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅱ형이다. 성장 온도(Tq)가 약간 낮기 때문에 Ⅱ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 낮은 값이다. 철 농도(CFe)는 5×1019 cm-3이다. 매우 많은 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×1012 Ωcm이었다. 절연성은 매우 높다. 크랙 발생률(K)은 18%였다. 이것은 꽤 낮은 값이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.7 m이다. 휘어짐이 작다.
[시료 31(실시예; Ⅱ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1050℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅱ형이다. 성장 온도(Tq)가 약간 낮기 때문에 Ⅱ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1019 cm-3이다. 매우 높은 값이다. 철 농도(CFe)는 7×1019 cm-3이다. 매우 많은 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×105 Ωcm이었다. 절연성은 매우 낮다. 크랙 발생률(K)은 27%였다. 이것은 꽤 높은 값이지만 그래도 유용한 기판이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 6.0 m이다. 휘어짐이 작다.
[시료 32(실시예; Ⅱ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1050℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅱ형이다. 성장 온도(Tq)가 약간 낮기 때문에 Ⅱ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1019 cm-3이다. 매우 높은 값이다. 철 농도(CFe)는 8×1019 cm-3이다. 매우 많은 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×107 Ωcm이었다. 절연성은 높지 않다. 크랙 발생률(K)은 29%였다. 이것은 꽤 높은 값이지만 그래도 유용한 기판이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.6 m이다. 휘어짐이 작다.
[시료 33(실시예; Ⅱ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1050℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅱ형이다. 성장 온도(Tq)가 약간 낮기 때문에 Ⅱ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 낮은 도너 농도이다. 철 농도(CFe)는 7×1019 cm-3이다. 매우 많은 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 3×1012 Ωcm이었다. 절연성은 매우 높다. 크랙 발생률(K)은 27%였다. 이것은 꽤 높은 값이지만 그래도 유용한 기판이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.5 m이다. 휘어짐이 작다.
[시료 34(실시예; Ⅱ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1050℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]이 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅱ형이다. 성장 온도(Tq)가 약간 낮기 때문에 Ⅱ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 낮은 값이다. Ⅱ형이므로 산소가 대량으로 도핑된다. 철 농도(CFe)는 8×1019 cm-3이다. 매우 많은 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 5×1012 Ωcm이었다. 절연성은 매우 높다. 크랙 발생률(K)은 28%였다. 이것은 꽤 높은 값이지만 그래도 유용한 기판이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.0 m이다. 휘어짐이 작다.
[시료 35(실시예; Ⅱ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1050℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 2 kPa(0.02 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다.
GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다. 5/3족비(R5/3)는 5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅱ형이다. 성장 온도(Tq)가 약간 낮기 때문에 Ⅱ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1019 cm-3이다. Ⅱ형이므로 산소가 대량으로 도핑된다. 철 농도(CFe)는 7×1019 cm-3이다. 매우 많은 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×105 Ωcm이었다. 절연성은 매우 낮다. 크랙 발생률(K)은 29%였다. 이것은 꽤 높은 값이지만 그래도 유용한 기판이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.0 m이다. 휘어짐이 작다.
[시료 36(실시예; Ⅱ형)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크 폭(Ds)이 50 ㎛인 평행 스트라이프 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1050℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 1 kPa(0.01 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 마스크 상에, GaN 결정의 코어 폭 50 ㎛의 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다.
GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다. 5/3족비(R5/3)는 10이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 폭(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복되는 평행 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅱ형이다. 성장 온도(Tq)가 약간 낮기 때문에 Ⅱ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1019 cm-3이다. 매우 높은 값이다. Ⅱ형이므로 산소가 대량으로 도핑된다. 철 농도(CFe)는 8×1019 cm-3이다. 매우 많은 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×107 Ωcm이었다. 절연성은 높지 않다. 크랙 발생률(K)은 28%였다. 이것은 꽤 높은 값이지만 그래도 유용한 기판이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 5.0 m이다. 휘어짐이 작다.
[시료 37(비교예; 마스크 없음)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크를 형성하지 않고, 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1050℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크가 없기 때문에 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 존재하지 않는다. 기판 위에 한결 같이 평탄한 C면의 결정이 성장한다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 표면에 드러난 결정면은 C면이다. C면이 평탄면으로 되어 있다. 마스크가 없기 때문에 C면 성장으로 되고 있다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. C면 성장이기 때문에 산소(도너)가 결정 내부로 들어가기 어려워 도너 농도가 매우 낮다. 산소가 거의 도핑되지 않는다. 철 농도(CFe)는 1×1017 cm-3이다. 상당한 철이 받아들여지고 있다. 비저항은 1×107 Ωcm이었다. 절연성은 높지 않다. 크랙 발생률(K)은 77%였다. 매우 높은 값이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 1.4 m이다. 휘어짐이 매우 크다. 마스크를 기초 기판에 만들지 않고서 GaN 결정을 성장시켰기 때문이다. 디바이스를 그 위에 형성하는 기판으로서는 부적당하다.
[시료 38(비교예; 마스크 없음)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크를 형성하지 않고서, 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1050℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크가 없기 때문에 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 존재하지 않는다. 기판 위에 한결 같이 평탄한 C면의 결정이 성장한다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 표면에 드러난 결정면은 C면이다. C면이 평탄면으로 되어 있다. 마스크가 없기 때문에 C면 성장으로 되고 있다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. C면 성장이기 때문에 산소(도너)가 결정 내부로 들어가기 어려워 도너 농도가 매우 낮다. 산소가 거의 도핑되지 않는다. 철 농도(CFe)는 1×1016 cm-3이다. 철을 받아들이는 양은 매우 적다. 비저항은 1×106 Ωcm이었다. 절연성은 약간 낮다. 크랙 발생률(K)은 75%였다. 매우 높은 값이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 1.6 m이다. 휘어짐이 매우 크다. 마스크를 기초 기판에 만들지 않고서 GaN을 성장시켰기 때문이다. 디바이스를 그 위에 형성하는 기판으로서는 부적당하다.
[시료 39(비교예; 마스크 없음)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크를 형성하지 않고서, 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1030℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크가 없기 때문에 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 존재하지 않는다. 기판 위에 한결 같이 평탄한 C면의 결정이 성장한다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 표면에 드러난 결정면은 C면이다. C면이 평탄면으로 되고 있다. 마스크가 없기 때문에 C면 성장으로 되고 있다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. C면 성장이기 때문에 산소(도너)가 결정 내부로 들어가기 어려워 도너 농도가 매우 낮다. 산소가 거의 도핑되지 않는다. 철 농도(CFe)는 1×1019 cm-3이다. 철이 꽤 고농도로 받아들여지고 있다. 비저항은 1×1011 Ωcm이었다. 절연성은 높다. 크랙 발생률(K)은 88%였다. 매우 높은 값이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 1.9 m이다. 휘어짐이 매우 크다. 디바이스를 그 위에 형성하는 기판으로서는 부적당하다.
[시료 40(비교예; 마스크 없음)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크를 형성하지 않고서, 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1030℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크가 없기 때문에 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 존재하지 않는다. 기판 위에 한결 같이 평탄한 C면의 결정이 성장한다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 표면에 드러난 결정면은 C면이다. C면이 평탄면으로 되고 있다. 마스크가 없기 때문에 C면 성장으로 되고 있다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. C면 성장이기 때문에 산소(도너)가 결정 내부로 들어가기 어려워 도너 농도가 매우 낮다. 산소가 거의 도핑되지 않는다. 철 농도(CFe)는 5×1019 cm-3이다. 철이 고농도로 받아들여지고 있다. 비저항은 1×1012 Ωcm이었다. 절연성은 높다. 크랙 발생률(K)은 97%였다. 매우 높은 값이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 1.8 m이다. 휘어짐이 매우 크다. 디바이스를 그 위에 형성하는 기판으로서는 부적당하다.
[시료 41(비교예; 마스크 없음)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크를 형성하지 않고서, 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1010℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크가 없기 때문에 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 존재하지 않는다. 기판 위에 한결 같이 평탄한 C면의 결정이 성장한다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 표면에 드러난 결정면은 C면이다. C면이 평탄면으로 되고 있다. 마스크가 없기 때문에 C면 성장으로 되고 있다. 도너 농도(CD)는 1×1017 cm-3이다. C면 성장이기는 하지만, 꽤 높은 도너 농도를 갖는다. 철 농도(CFe)는 1×1017 cm-3이다. 철이 꽤 받아들여지고 있다. 비저항은 1×105 Ωcm이었다. 절연성은 매우 낮다. 크랙 발생률(K)은 68%였다. 높은 값이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 1.4 m이다. 휘어짐이 매우 크다. 디바이스를 그 위에 형성하는 기판으로서는 부적당하다.
[시료 42(비교예; 마스크 없음)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크를 형성하지 않고서, 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1010℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크가 없기 때문에 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 존재하지 않는다. 기판 위에 한결 같이 평탄한 C면의 결정이 성장한다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 표면에 드러난 결정면은 C면이다. C면이 평탄면으로 되고 있다. 마스크가 없기 때문에 C면 성장으로 되고 있다. 도너 농도(CD)는 1×1017 cm-3이다. C면 성장이기는 하지만, 꽤 높은 도너 농도를 갖는다. 철 농도(CFe)는 1×1019 cm-3이다. 철이 고농도로 받아들여지고 있다. 비저항은 1×107 Ωcm이었다. 절연성은 높지 않다. 크랙 발생률(K)은 90%였다. 매우 높은 값이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 1.4 m이다. 휘어짐이 매우 크다. 디바이스를 그 위에 형성하는 기판으로서는 부적당하다.
[시료 43(비교예; 마스크 없음)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크를 형성하지 않고서, 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1050℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크가 없기 때문에 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 존재하지 않는다. 기판 위에 한결 같이 평탄한 C면의 결정이 성장한다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 표면에 드러난 결정면은 C면이다. C면이 평탄면으로 되고 있다. 마스크가 없기 때문에 C면 성장으로 되고 있다. 도너 농도(CD)는 1×1017 cm-3이다. C면 성장이기는 하지만, 꽤 높은 도너 농도를 갖는다. 철 농도(CFe)는 5×1019 cm-3이다. 철이 고농도로 받아들여지고 있다. 비저항은 1×108 Ωcm이었다. 절연성은 약간 높다. 크랙 발생률(K)은 95%였다. 매우 높은 값이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 1.6 m이다. 휘어짐이 매우 크다. 마스크를 형성하지 않았기 때문이다. 디바이스를 그 위에 형성하는 기판으로서는 부적당하다.
[시료 44(실시예; Ⅰ형 도트 타입)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크직경(Ds)이 50 ㎛인 도트 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1100℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 직경 50 ㎛의 도트 마스크 상에, GaN 결정의 코어 직경 50 ㎛의 도트 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다.
GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다. 5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 직경(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복하는 도트 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅰ형이다. 성장 온도(Tq)가 높기 때문에 Ⅰ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 매우 낮은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1017 cm-3이다. 철을 받아들이는 양은 많지 않다. 비저항은 1×107 Ωcm이었다. 절연성이 약간 낮은 것은 철 농도가 낮기 때문이다. 그러나 그래도 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 20%였다. 크랙 발생률은 매우 낮다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 3.2 m이다.
[시료 45(실시예; Ⅱ형 도트 타입)]
직경 2 인치(50 mm)의 GaAs 기판 위에, 마스크 간격(Dw)이 500 ㎛, 마스크직경(Ds)이 50 ㎛인 도트 마스크를 형성했다. 버퍼층을 형성한 후, GaN 결정을 에피택셜 성장시켰다. 에피택셜 성장 온도(Tq)가 1050℃, NH3 분압(PNH3)이 10 kPa(0.1 atm), GaCl 분압(PGaCl)이 4 kPa(0.04 atm)이며, 두께가 400 ㎛ 이상이 될 때까지 에피택셜 성장시켰다. 마스크 직경 50 ㎛의 도트 마스크 상에, GaN 결정의 코어 직경 50 ㎛의 도트 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]가 형성되었다. GaAs 기판을 제거하여 400 ㎛ 두께의 GaN 결정의 자립 기판으로 했다.
5/3족비(R5/3)는 2.5이다. 그 GaN 결정 자립 기판은 코어 직경(Ds) 50 ㎛, 코어 간격(Dw) 500 ㎛로 반복하는 도트 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]를 포함하고 있었다. 그 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]의 결정 종류는 반전층이다. 결정면 타입은 Ⅱ형이다. 성장 온도(Tq)가 약간 낮기 때문에 Ⅱ형이 된 것이다. 도너 농도(CD)는 1×1015 cm-3이다. 매우 낮은 도너 농도의 값이다. 철 농도(CFe)는 1×1017 cm-3이다. 철을 받아들이는 양은 많지 않다. 비저항은 1×107 Ωcm이었다. 절연성은 그다지 높지 않다. 그러나 그래도 반절연성 기판으로서 사용할 수 있다. 크랙 발생률(K)은 18%였다. 크랙 발생이 적은 좋은 반절연성 기판이다. 휘어짐의 곡률 반경(R)은 4.0 m이다. 휘어짐은 작다.
[실시예 B: 반절연성 기판을 이용한 디바이스의 실시예]
[스트라이프 코어형 반절연성 기판을 이용한 디바이스의 제작]
[디바이스 시료 46(실시예; Ⅰ형)]
시료 3으로 제작한 결정 타입 Ⅰ형 직경 3 인치의 반절연성 GaN 기판(스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)] 간격 500 ㎛, 코어 폭 50 ㎛, 비저항 1×107 Ωcm) 상에 유기금속 기상 성장법(OMVPE법)에 의해, HEMT(고전자 이동도 트랜지스터) 구조의 에피택셜 웨이퍼를 제작했다(도 28). 구체적으로는, 도 28을 참조하여, OMVPE 장치의 리액터(도시하지 않음)에 반절연성 GaN 기판(5s)을 놓고서, 수소, 질소, 암모니아를 함유하는 가스를 리액터 내에 공급하고, 반절연성 GaN 기판(5s)의 온도를 1100℃에 유지하고 20분간 열처리를 하였다. 이어서, 반절연성 GaN 기판(5s)의 온도를 1130℃로 높여, 암모니아, 트리메틸갈륨(TMG)을 리액터에 공급하고, 두께 1.5 ㎛의 GaN 에피택셜층(202)을 반절연성 GaN 기판(5s) 상에 성장시켰다. 트리메틸알루미늄(TMA), TMG, 암모니아를 리액터에 공급하여, 두께 30 nm, Al 조성 20%의 AlGaN 에피택셜층(204)을 GaN 에피택셜층(202) 상에 성장시켰다. 이들 공정에 의해 에피택셜 기판(210)을 제작했다.
이어서, 도 29를 참조하여, 이하의 공정에 의해 HEMT 디바이스(200)를 제작했다. 에피택셜 기판(210)의 AlGaN 에피택셜층(204) 상에, 포토리소그래피, EB(전자빔) 증착 및 리프트오프(lift-off)에 의해 소스 전극(206) 및 드레인 전극(207)을 제작했다. 전극은 Ti/Al/Ti/Au(각각의 두께는 20/100/20/300 nm)을 이용했다. 리프트오프 후 600℃, 1분간의 합금화 열처리를 실시했다.
이어서, 동일한 공정에 의해 게이트 전극(208)을 제작했다. 게이트 전극(208)은 스트라이프 코어[전위 집합 결정 영역(5h)]에 평행한 방향으로 배치하여, 스트라이프 코어 상에 형성하지 않도록 제작했다. 게이트 전극(208)으로서, Ni/Au(각각의 두께는 50/500 nm)을 이용했다. 게이트 길이는 2 ㎛이었다(이것을 디바이스 시료 46으로 함).
[디바이스 시료 47(비교예)]
비교 시료 47로서, Fe 도핑 반절연성 랜덤 코어 기판 상에, 마찬가지로, HEMT 구조 에피택셜 성장을 실시하여 HEMT를 제작했다. 랜덤 코어라고 하는 것은 전위 집합 결정 영역(5h)이 랜덤하게 분포하고 있는 결정을 말한다. 기초 기판 위에 마스크를 붙이지 않고서 파셋 성장시키면 파셋 피트가 랜덤하게 발생하여 그것이 전위 집합 결정 영역(5h)으로 되기 때문에, 전위 집합 결정 영역(5h)(코어)이 랜덤하게 분포되는 것이다.
[디바이스 시료 48(비교예)]
또한, 도 30을 참조하면, 디바이스 시료(48)로서, 사파이어 기판(7) 상에, 같은 식으로 하여 HEMT 구조를 형성하기 위한 에피택셜층을 성장시켰다. 에피택셜층의 성장 공정에서는, 사파이어 기판(7)을 1170℃에서, 10분간 열처리를 하고, 이어서 GaN 종결정층(201)을 성장시키고, 그 후, GaN 기판의 경우와 같은 식으로 GaN 에피택셜층(202), AlGaN 에피택셜층(204)을 성장시켜, 에피택셜 기판(310)으로 했다. 이어서, 도 31을 참조하여, 같은 공정으로 HEMT 디바이스(300)를 제작했다(도 31).
디바이스 시료(46, 47, 48)의 게이트 누설 전류를 비교했다. 게이트 전압 5 V에 있어서, 시료 46에서는 게이트 전류 밀도 1×106 A/cm2로 작은 값이 얻어졌지만, 시료 47에서는 게이트 전류 밀도 1×103 A/cm2, 시료 48에서는 게이트 전류 밀도 1×102 A/cm2로, 게이트 누설 전류가 시료 46에 비해서 크게 증가했다. 게이트 누설 전류가 작은 쪽이 트랜지스터의 핀치오프(pinch-off)가 양호하기 때문에, 고성능의 트랜지스터가 실현된다.
디바이스 시료 47에서 게이트 누설 전류가 증가한 원인은 게이트 전극 아래에 랜덤 코어가 존재하고 있어, 전위에 기인하는 누설 전류가 증가했기 때문이라고 생각된다.
디바이스 시료 48에서 게이트 누설 전류가 증가한 원인은 기판이 사파이어이기 때문에 에피택셜층 내의 전위 밀도가 커져(∼1×109/cm2), 전위에 기인하는 누설 전류가 커졌기 때문이라고 생각된다. 이상에서, 본 발명에 의해, 게이트 누설 전류가 작은 고성능 HEMT 및 HEMT 에피택셜 기판을 실현할 수 있다.
[실시예 C: 도트 타입 반절연성 기판을 이용한 디바이스의 실시예]
[도트 코어형 반절연성 기판을 이용한 디바이스의 제작]
[디바이스 시료 49(실시예; Ⅰ형 도트 타입)]
시료 44로 제작한 결정 타입 Ⅰ형 2인치 반절연 GaN 기판[도트 코어(전위 집합 결정 영역(5h) 간격 500 ㎛, 코어 직경 50 ㎛, 비저항 1×107 Ωcm] 상에 유기금속 기상 성장법(OMVPE법)에 의해 HEMT(고전자 이동도 트랜지스터) 구조의 에피택셜 웨이퍼를 제작했다(도 28). 구체적으로는, 도 28을 참조하면, OMVPE 장치의 리액터에 반절연성 GaN 기판(5s)을 놓고서, 수소, 질소, 암모니아를 함유하는 가스를 리액터 내에 공급하고, 반절연성 GaN 기판(5s)의 온도를 1100℃에 유지하고 20분간 열처리를 했다. 이어서, 반절연성 GaN 기판(5s)의 온도를 1130℃로 높이고, 암모니아, 트리메틸갈륨(TMG)을 리액터에 공급하여, 두께 1.5 ㎛의 GaN 에피택셜층(202)을 반절연성 GaN 기판(5s) 상에 성장시켰다. 트리메틸알루미늄(TMA), TMG, 암모니아를 리액터에 공급하여, 두께 30 nm, Al 조성 20%의 AlGaN 에피택셜층(204)을 GaN 에피택셜층(202) 상에 성장시켰다. 이들 공정에 의해 에피택셜 기판(210)을 제작했다.
이어서, 도 29를 참조하여, 이하의 공정에 의해 HEMT 디바이스(200)를 제작했다. 에피택셜 기판(210)의 AlGaN 에피택셜층(204) 상에 포토리소그래피, EB 증착, 리프트오프에 의해 소스 전극(206) 및 드레인 전극(207)을 제작했다. 전극은 Ti/Al/Ti/Au(각각의 두께는 20/100/20/300 nm)을 이용했다. 리프트오프 후 600℃에서 1분간 합금화 열처리를 실시했다.
이어서, 동일한 공정에 의해 게이트 전극(208)을 제작했다. 게이트 전극(208)은 도트 코어 영역[전위 집합 결정 영역(5h)] 상에 형성하지 않도록 제작했다. 게이트 전극(208)으로서, Ni/Au(각각의 두께는 50/500 nm)을 이용했다. 게이트 길이는 2 ㎛이었다(이것을 디바이스 시료 49로 함).
[디바이스 시료 50(비교예)]
비교 시료 50으로서, Fe 도핑 반절연성 랜덤 코어 기판 상에, 마찬가지로 HEMT 구조 에피택셜 성장을 하여, HEMT를 제작했다.
[디바이스 시료 51(비교예)]
또한, 도 30을 참조하면, 디바이스 시료 51로서 사파이어 기판(7) 상에, 같은 식으로 하여 HEMT 구조를 형성하기 위한 에피택셜층을 성장시켰다. 에피택셜층의 성장 공정에서는, 사파이어 기판(7)을 1170℃, 10분간 열처리를 하고, 이어서 GaN 종결정층(201)을 성장시키고, 그 후, 반절연성 GaN 기판의 경우와 마찬가지로, GaN 에피택셜층(202), AlGaN 에피택셜층(204)을 성장시켜, 에피택셜 기판(310)으로 했다. 이어서, 도 31을 참조하여, 같은 공정으로 HEMT 디바이스(300)를 제작했다.
디바이스 시료 49, 50, 51의 게이트 누설 전류를 비교했다. 게이트 전압 5 V에서, 시료 49에서는 게이트 전류 밀도 1×106 A/cm2로 작은 값이 얻어졌지만, 시료 50에서는 게이트 전류 밀도 1×103 A/cm2, 시료 51에서는 게이트 전류 밀도 1×102 A/cm2로, 게이트 누설 전류가 시료 49에 비해서 크게 증가했다. 게이트 누설 전류가 작은 쪽이 트랜지스터의 핀치오프가 양호하기 때문에, 고성능의 트랜지스터가 실현된다.
디바이스 시료 50에서 게이트 누설 전류가 증가한 원인은 게이트 전극 아래에 랜덤 코어가 존재하고 있어, 전위에 기인하는 누설 전류가 증가했기 때문이라고 생각된다.
디바이스 시료 51에서 게이트 누설 전류가 증가한 원인은 기판이 사파이어이기 때문에 에피택셜층 내의 전위 밀도가 커져(∼1×109/cm2), 전위에 기인하는 누설 전류가 커졌기 때문이라고 생각된다. 이상에서, 본 발명에 의해, 게이트 누설 전류가 작은 고성능의 HEMT 및 HEMT 에피택셜 기판을 실현할 수 있다.
이상의 시료 1∼36, 44, 45의 실시예에 관해서, 도 22에 온도, 5/3족비(R5/3)의 값을 흰 동그라미(Ⅱ형)와 흰 삼각(Ⅰ형)으로 나타내고 있다. 모두 파선으로 둘러싸인 범위[1040℃∼1150℃, 5/3족비(R5/3)=1∼10]에 있다. 비교예 37∼43은 온도와 5/3족비(R5/3)에 관해, 파선 테두리 내부에 포함되는 것도 포함되지 않는 것도 있다. 파선 테두리 내부에 있더라도 이들 비교예는 크랙이나 휘어짐의 점에서 부적당하다. 그것은 마스크를 붙이고 있지 않기 때문이다. 비교예는 마스크의 효과를 조사하기 위한 것이다.
도 23은 시료 1∼45에 관해서, 휘어짐의 곡률 반경(m)을 횡축으로, 크랙 발생률(%)을 종축으로 하여, 점으로 휘어짐, 크랙 발생률을 나타낸 것이다. 덧붙이는 숫자는 시료의 번호를 나타낸다. 흰 동그라미는 Ⅰ형 시료 1∼21, 44를 나타낸다. 흰 삼각은 Ⅱ형 시료 22∼36, 45를 나타낸다. 흰 사각은 비교예의 시료 37∼43에 대응한다.
비교예의 시료 37∼43은 강한 휘어짐(곡률 반경이 1 m∼2 m)을 갖고, 크랙 발생률이 68∼97%로 반도체 디바이스 제작의 기판으로서 부적당하다. 이것은 기초 기판에 마스크가 없기 때문이다.
Ⅰ형과 Ⅱ형을 비교하면 휘어짐(곡률 반경)은 5 m∼6 m 사이에 있어 그다지 변하지 않는다. 휘어짐의 곡률 반경은 I, Ⅱ형 어느 쪽이나 3 m 이상이다. 3 m∼7 m 사이에 분포하고 있다. 크랙 발생률은 모두 30% 이하이다. 크랙 발생률이 Ⅰ형은 4%∼27% 사이에 있으며, 대부분은 10%∼20% 사이에 분포된다. Ⅱ형은 크랙 발생률이 13%∼29% 사이에 있으며, 대부분은 25%∼29% 사이에 있다. 크랙 발생률면에서 Ⅰ형 쪽이 Ⅱ형보다 우수하다. Ⅰ형, Ⅱ형 모두 반절연성 기판으로서 이용할 수 있다.
도 27에 시료 1∼45의 도너 농도(cm-3)와 철(Fe) 농도(cm-3)의 분포를 그래프로 나타낸다. 횡축이 도너(산소)의 농도, 종축이 철 농도이다. 흰 동그라미가 Ⅰ형, 흰 삼각이 Ⅱ형, 흰 사각이 비교예를 나타낸다. 첨자는 시료의 번호를 나타낸다. Ⅱ형(흰 삼각)이 도너 농도가 높다는 것을 알 수 있다. Ⅰ형에서 도너 농도가 높은 것도 있지만(시료 19, 20, 21) 대다수의 Ⅰ형은 도너 농도가 낮다.
Ⅱ형에서는 철 도핑량과 도너량이 대체로 비례하여 증대되는데, Ⅰ형에서는 도너가 적어도 철량이 많다고 할 수 있다. 이 점에서도 Ⅰ형이 보다 우수하다.
또한, I, Ⅱ형의 1∼36의 시료와 비교예 37∼43의 시료의 전위 밀도를 인산 및 황산의 에칭 용액 200℃에서 에칭함으로써 측정했다. 미분 간섭식 광학 현미경의 대물 100배를 이용하여, 100×100 ㎛의 영역에서 에치 피트의 수를 세어 측정하였다. 그 결과, 비교예 37∼43의 시료의 전위 밀도(에치 피치 밀도)는 모두 2×107∼108/cm2인 데 대하여, 1∼36의 시료는 모두 5×106/cm2 이하이며, 특히 결정의 휘어짐의 곡률 반경이 4 m를 넘는 것은 2×106/cm2 이하, 5 m를 넘는 것은 105/cm2대(台) 이하, 결정면의 타입이 II인 것은 I에 비해서 약 반이었다. 그러나, 시료 21은 결정면 타입이 I임에도 불구하고, 성장 초기에서 파셋면 성장하고 있기 때문에, 곡률 반경이 거의 동등한 시료 2, 11, 12, 20과 비교하여 약 반, 타입 II에서 곡률 반경이 동등한 시료 25와 전위 밀도는 같았다. 또한, 시료 1∼36의 제작에 이용한 GaAs 기판 대신에, 사파이어 기판 또는 SiC 기판을 이용하더라도 시료 1∼36과 동등한 결정면, Fe 농도, 도너 농도, 비저항, 크랙 발생률, 휘어짐의 곡률 반경을 갖는 기판을 얻을 수 있었다. 또한, 시료 1∼36의 GaN 기판을 기초 기판으로 하여 시료 1∼36과 같은 조건으로 성장시킨 결과, 시료 1∼36과 동등한 결정면, Fe 농도, 도너 농도, 비저항, 크랙 발생률, 휘어짐의 곡률 반경을 갖는 기판을 얻을 수 있었다.
본 발명에 대해서 상세하게 설명하고 도시하였지만, 이러한 것들은 예시적인 것일 뿐이며, 제한적인 것으로 이해되어서는 안되며, 본 발명은 이하의 청구범위에 의해서만 제한되어야 할 것이다.
도 1은 기초 기판 상에 형성되는 마스크의 일례를 도시하는 평면도이다.
도 2a∼도 2g는 마스크법에 의한 결정 성장 공정을 나타내는 단면도이다.
도 3은 파셋 성장법에 의해 성장시킨 결정의 일부를 도시하는 사시도이다.
도 4는 파셋 성장에 있어서 전위가 피트 바닥부에 집결하는 것을 설명하기 위한 피트 사시도이다.
도 5는 파셋 성장에 있어서 전위가 피트 바닥부에 집결하는 것을 설명하기 위한 피트 평면도이다.
도 6은 파셋 성장을 하기 위해서 기초 기판 위에 형성되는 도트형의 피복부를 갖는 도트형 마스크의 일부를 도시하는 평면도이다.
도 7은 도트형 마스크를 설치한 기초 기판 위에 파셋 성장시킨 GaN 결정의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 8은 도트형 마스크를 설치한 기초 기판 위에 파셋 성장시킨 GaN 결정의 일례를 도시하는 평면도이다.
도 9a∼도 9f는 도트형 마스크를 이용한 파셋 성장법에 의한 GaN 결정의 성장 공정을 나타내는 종단면도이다.
도 10은 파셋 성장을 하기 위해서 기초 기판 위에 형성되는 스트라이프형 마스크의 일부를 도시하는 평면도이다.
도 11은 스트라이프형 마스크를 설치한 기초 기판 위에 파셋 성장시킨 GaN 결정의 일례를 도시하는 평면도이다.
도 12는 스트라이프형 마스크를 설치한 기초 기판 위에 파셋 성장시킨 GaN 결정의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 13은 스트라이프형 마스크를 설치한 기초 기판 위에 파셋 성장시킨 GaN 결정의 다른 예를 도시하는 평면도이다.
도 14는 스트라이프형 마스크를 설치한 기초 기판 위에 파셋 성장시킨 GaN 결정의 다른 예를 도시하는 사시도이다.
도 15a∼도 15f는 스트라이프형 마스크를 이용한 파셋 성장법에 의한 GaN 결정의 성장 공정을 나타내는 종단면도이다.
도 16a 및 도 16b는 스트라이프형 마스크를 이용한 파셋 성장법에 의한 GaN 결정의 추가 성장 공정을 나타내는 종단면도이다.
도 17은 특허문헌 7에 개시된 GaN 결정의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 18은 특허문헌 7에 개시된 GaN 결정의 다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 19는 본 발명에 이용되는 HVPE로의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 20은 본 발명에서 얻어지는 Ⅱ형 질화물 반도체 결정을 도시하는 단면도이다.
도 21은 본 발명에서얻어지는 Ⅰ형 질화물 반도체 결정을 도시하는 단면도이다.
도 22는 특허문헌 1∼11 및 본 발명의 기상 성장법의 실시예에 있어서, 성장 온도와, 5/3족비(R5/3)의 관계를 플롯한 그래프이다. 이 그래프에 있어서, 횡축은 성장 온도를 나타내고, 종축은 대수 눈금으로 표시된 5/3족비(R5/3)를 나타낸다. 각 플롯에 붙인 수치는 특허문헌 번호를 나타낸다.
도 23은 본 발명의 실시예 및 비교예인 시료 1∼45에 있어서, 휘어짐의 곡률 반경과 크랙 발생률의 관계를 플롯한 그래프이다. 이 그래프에 있어서, 횡축은 휘어짐의 곡률 반경을 나타내고, 종축은 크랙 발생률을 나타낸다. 또한, 각 플롯에 붙인 숫자는 시료 번호를 나타낸다. 플롯 기호에 있어서, 흰 동그라미는 Ⅰ형 결정의 실시예, 흰 삼각은 Ⅱ형 결정의 실시예, 흰 사각은 비교예를 나타낸다. 한편, 본 그래프에서의 비교예는 공지된 것이 아니다.
도 24는 본 발명에서 얻어지는 혼합형 질화물 반도체 결정을 도시하는 단면도이다.
도 25는 기초 기판에 형성되는 스트라이프형 마스크의 폭(Ds) 및 간격(Dw)의 치수를 도시하는 평면도이다.
도 26은 기초 기판에 형성되는 도트형 마스크의 직경(Ds) 및 간격(Dw)의 치수를 도시하는 평면도이다.
도 27은 본 발명의 실시예 및 비교예인 시료 1∼45에 있어서, 도너 농도와 철 농도와의 관계를 플롯한 그래프이다. 이 그래프에 있어서, 횡축은 대수 눈금으로 표시된 도너 농도를 나타내고, 종축은 대수 눈금으로 표시된 철 농도를 나타낸다. 또한, 각 플롯에 붙인 숫자는 시료 번호를 나타낸다. 플롯 기호에 있어서, 흰 동그라미는 Ⅰ형 결정의 실시예, 흰 삼각은 Ⅱ형 결정의 실시예, 흰 사각은 비교예 를 나타낸다. 한편, 본 그래프에서의 비교예는 공지된 것이 아니다.
도 28은 반절연성 GaN 기판 위에 GaN 박막을 성장시켜 얻어지는 에피택셜 기판을 도시하는 종단면도이다.
도 29는 반절연성 GaN 기판 위에 GaN 박막을 성장시킨 에피택셜 기판 위에 전극을 형성하여 얻어지는 HEMT를 도시하는 종단면도이다.
도 30은 사파이어 기판 위에 GaN 박막을 성장시켜 얻어지는 에피택셜 기판을 도시하는 종단면도이다.
도 31은 사파이어 기판 위에 GaN 박막을 성장시킨 에피택셜 기판 위에 전극을 형성하여 얻어지는 HEMT를 도시하는 종단면도이다.
Claims (6)
- 기초 기판(1) 위에, 폭 또는 직경(Ds)이 10 ㎛∼100 ㎛인 도트형 또는 스트라이프형의 피복부를 간격(Dw)이 250 ㎛∼2000 ㎛이 되도록 나란히 배열한 마스크(3)를 형성하는 공정과,HVPE법에 의해서, 5/3족비(R5/3)가 1∼10인 3족 원료 가스 및 5족 원료 가스와 철을 함유하는 가스를 공급하여, 성장 온도 1040℃∼1150℃에서, 상기 기초 기판(1) 위에 질화물 반도체 결정(5)을 성장시키는 공정과,상기 기초 기판(1)을 제거하는 공정을 포함하여,비저항이 1×105 Ωcm 이상, 두께가 100 ㎛ 이상인 자립 반절연성 질화물 반도체 기판을 얻는 반절연성 질화물 반도체 기판의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 5/3족비(R5/3) 1∼5, 성장 온도 1090℃∼1150℃에서, 상기 피복부를 제외하고 결정 표면이 거의 평탄한 상기 질화물 반도체 결정(5)을 성장시키는 반절연성 질화물 반도체 기판의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 5/3족비(R5/3) 1∼10, 성장 온도 1040℃∼1070℃에서, 상기 피복부를 바닥으로 하고 인접하는 상기 피복부의 중간을 산으로 하는 파 셋(facet)(5f)을 갖는 상기 질화물 반도체 결정(5)을 성장시키는 반절연성 질화물 반도체 기판의 제조 방법.
- 직경 또는 폭(Ds) 10 ㎛∼100 ㎛, 간격(Dw) 250 ㎛∼2000 ㎛로 반복되는 도트형 또는 스트라이프형의 전위 집합 결정 영역(5h, 5h)과,인접하는 상기 전위 집합 결정 영역(5h, 5h)의 사이에 반복되어 존재하는 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z, 5z)과,상기 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z, 5z)의 사이에 존재하는 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)을 포함하고,비저항이 1×105 Ωcm 이상, 두께가 100 ㎛ 이상, 휘어짐의 곡률 반경이 3 m 이상인 것인 반절연성 질화물 반도체 기판.
- 직경 또는 폭(Ds) 10 ㎛∼100 ㎛, 간격(Dw) 250 ㎛∼2000 ㎛로 반복되는 도트형 또는 스트라이프형의 전위 집합 결정 영역(5h, 5h)과, 인접하는 상기 전위 집합 결정 영역(5h, 5h)의 사이에 반복되어 존재하는 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z, 5z)과, 상기 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z, 5z)의 사이에 존재하는 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)을 포함하고, 비저항이 1×105 Ωcm 이상, 두께가 100 ㎛ 이상인 반절연성 질화물 반도체 기판(5s)과,상기 반절연성 질화물 반도체 기판(5s) 상에 형성된 질화물 반도체 에피택셜층(202, 204)을 포함하고,휘어짐의 곡률 반경이 3 m 이상인 것인 질화물 반도체 에피택셜 기판.
- 직경 또는 폭(Ds) 10 ㎛∼100 ㎛, 간격(Dw) 250 ㎛∼2000 ㎛로 반복되는 도트형 또는 스트라이프형의 전위 집합 결정 영역(5h, 5h)과, 인접하는 상기 전위 집합 결정 영역(5h, 5h)의 사이에 반복되어 존재하는 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z, 5z)과, 상기 전위 저감 파셋 성장 결정 영역(5z, 5z)의 사이에 존재하는 전위 저감 C면 성장 결정 영역(5y)을 포함하고, 비저항이 1×105 Ωcm 이상인 반절연성 질화물 반도체 기판(5s)과,상기 반절연성 질화물 반도체 기판(5s) 위에 형성된 질화물 반도체 에피택셜층(202, 204)과,상기 질화물 반도체 에피택셜층(202, 204)에 각각 마련된 게이트 전극(208), 소스 전극(206) 및 드레인 전극(207)을 포함하고,상기 게이트 전극(208)이 전위 집합 결정 영역(5h) 이외의 결정 영역 상에 형성되어 있는 것인 전계 효과 트랜지스터.
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