TW201606147A - β－ＧａＯ系單晶基板 - Google Patents

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Kazuyuki Iizuka
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Takekazu Masui
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Tamura Seisakusho Kk
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    • C30B15/34—Edge-defined film-fed crystal-growth using dies or slits
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C01P2002/77—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by unit-cell parameters, atom positions or structure diagrams

Abstract

本發明的問題在於提供一種高品質β-Ga2O3系單晶基板，該β-Ga2O3系單晶基板的晶體結構的偏差較小。 為了解決此問題，本發明在一實施形態中，提供β-Ga2O3系單晶基板1，其是由β-Ga2O3系單晶所構成的β-Ga2O3系單晶基板，其中，主面是與β-Ga2O3系單晶的b軸平行的面，且通過前述主面的中心之前述主面上的任意直線上的△ω的最大值是0.7264以下。△ω是下述值：在前述直線上，將X射線搖擺曲線的峰值位置中的X射線的入射方向與前述主面所夾的角度設為ωs，且將藉由表示前述ωs與其測定位置的關係之曲線的線性近似而求得的近似直線上的角度設為ωa，該線性近似是藉由最小平方法所實行，此時由前述測定位置的各位置中的前述ωs減去前述ωa而得之值的最大值與最小值之差值。

Description

β-Ga 2 O 3 系單晶基板
本發明有關一種β-Ga2O3系單晶基板。
以往，已知一種平板狀三氧化二鎵(Ga2O3)單晶的成長方法，其使用限邊饋膜生長法(Edge-defined Film-fed Growth method，EFG法)(例如，參照專利文獻1)。
根據專利文獻1，是將二氧化矽(SiO2)作為摻雜劑(dopant)原料來使用，而將矽(Si)添加至Ga2O3單晶中。SiO2，因為與Ga2O3的熔點差異較小，且在Ga2O3單晶的成長溫度(Ga2O3單晶原料的熔點)時的蒸氣壓較低，所以易於控制Ga2O3單晶中的摻雜劑量。
又，以往已知一種圓柱狀β-Ga2O3單晶的成長方法，其使用懸浮區熔法(Floating Zone method，FZ法)(例如，參照專利文獻2)。
根據專利文獻2，是將Si、Sn(錫)、Zr(鋯)、Hf(鉿)、Ge(鍺)等作為熱熔解性調整用添加物，而添加至β-Ga2O3系單晶中。藉由添加熱熔解性調整用添加物，β-Ga2O3系單晶的紅外線吸收特性會變大，因而β-Ga2O3 系單晶變成會有效率地吸收來自懸浮區熔裝置(懸浮區熔單晶爐)的光源的紅外線。因此，即使是β-Ga2O3系單晶的外徑較大的情形，中心部與外側的溫度差異也會變小，而中心部會變得不易凝固。
[先前技術文獻] (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2011-190127號公報
專利文獻2：日本特開2006-273684號公報
本發明的目的之一在於提供一種高品質β-Ga2O3系單晶基板，該β-Ga2O3系單晶基板的晶體結構的偏差較小。
本發明的一態樣，為了達成上述目的，提供下述[1]~[10]之β-Ga2O3系單晶基板。
[1]一種β-Ga2O3系單晶基板，其由β-Ga2O3系單晶所構成，其中，主面是與β-Ga2O3系單晶的b軸平行的面，通過前述主面的中心之前述主面上的任意直線上的△ω的最大值是0.7264以下，並且，前述△ω是下述值：在前述直線上，將X射線搖擺曲線的峰值位置中的X射線的入射方向與前述主面所夾的角度設為ωs，且將藉 由表示前述ωs與其測定位置的關係之曲線的線性近似而求得的近似直線上的角度設為ωa，該線性近似是藉由最小平方法所實行，此時由前述測定位置的各位置中的前述ωs減去前述ωa而得之值的最大值與最小值之差值。
[2]一種β-Ga2O3系單晶基板，其由β-Ga2O3系單晶所構成，其中，主面是與β-Ga2O3系單晶的b軸平行的面，通過前述主面的中心之前述主面上的任意直線上的α的最大值是0.141以下，前述α是下述值：在前述直線上，將X射線搖擺曲線的峰值位置中的X射線的入射方向與前述主面所夾的角度設為ωs，且將藉由表示前述ωs與其測定位置的關係之曲線的線性近似而求得的近似直線上的角度設為ωa，該線性近似是藉由最小平方法所實行，此時由前述測定位置的各位置中的前述ωs減去前述ωa而得之值的絕對值的平均值。
[3]如前述[1]所述之β-Ga2O3系單晶基板，其中，在前述任意直線上的△ω之中，與前述β-Ga2O3系單晶的b軸垂直的直線上的△ω為最大。
[4]如前述[2]所述之β-Ga2O3系單晶基板，其中，在前述任意直線上的α之中，與前述β-Ga2O3系單晶的b軸垂直的直線上的α為最大。
[5]如前述[1]~[4]中任一項所述之β-Ga2O3系單晶基板，其中，該β-Ga2O3系單晶基板包含摻雜劑。
[6]如前述[5]所述之β-Ga2O3系單晶基板，其中，前述摻雜劑是第IV族元素。
[7]如前述[6]所述之β-Ga2O3系單晶基板，其中，前述摻雜劑是Sn或Si。
[8]如前述[1]~[4]中任一項所述之β-Ga2O3系單晶基板，其中，前述主面是(-201)面、(101)面、或(001)面。
[9]如前述[1]~[4]中任一項所述之β-Ga2O3系單晶基板，其中，該β-Ga2O3系單晶基板是自朝b軸方向培育而成的平板狀β-Ga2O3系單晶所切出。
[10]如前述[1]~[4]中任一項所述之β-Ga2O3系單晶基板，其中，該β-Ga2O3系單晶基板不含雙晶面，或該β-Ga2O3系單晶基板的垂直於雙晶面與主面的交線之方向的最大寬度為2吋以上，且該β-Ga2O3系單晶基板具有不含雙晶面之區域。
根據本發明，能夠提供一種高品質β-Ga2O3系單晶基板，該β-Ga2O3系單晶基板的晶體結構的偏差較小。
1‧‧‧β-Ga2O3系單晶基板
2‧‧‧X射線產生裝置
3‧‧‧X射線檢測裝置
10‧‧‧限邊饋膜生長法結晶製造裝置
11‧‧‧坩堝
12‧‧‧模具
12a‧‧‧狹縫
12b‧‧‧開口部
13‧‧‧蓋子
14‧‧‧晶種保持器
15‧‧‧軸
16‧‧‧支撐台
17‧‧‧隔熱材料
18‧‧‧石英管
19‧‧‧高頻線圈
20‧‧‧後熱器
21‧‧‧反射板
22‧‧‧基部
23‧‧‧腳部
30‧‧‧Ga2O3系熔融液
31‧‧‧晶種
32‧‧‧β-Ga2O3系單晶
33‧‧‧面
34‧‧‧主面
35‧‧‧晶種
36‧‧‧β-Ga2O3系單晶
100‧‧‧限邊饋膜生長法結晶製造裝置
112‧‧‧模具
112b‧‧‧開口部
113‧‧‧蓋
T‧‧‧厚度方向
W‧‧‧寬度方向
第1圖是第1實施形態的限邊饋膜生長法結晶製造裝置的垂直剖面圖。
第2圖是表示第1實施形態的β-Ga2O3系單晶成長中的狀態的斜視圖。
第3圖是表示培育用來切出晶種的β-Ga2O3系單晶的狀態的斜視圖。
第4圖是表示自β-Ga2O3系單晶切出的β-Ga2O3系單晶基板與X射線繞射的測定位置的平面圖。
第5圖是示意地表示X射線搖擺曲線測定的狀態之圖。
第6A圖是表示下述兩者之圖表：基板上的測定位置與X射線搖擺曲線的峰值位置的ω值也就是ωr之關係的曲線；及，該曲線的近似直線，該近似直線是自藉由最小平方法所實行的線性近似來求得。
第6B圖是表示下述兩者之圖表：基板上的測定位置與X射線搖擺曲線的峰值位置的ω值也就是ωr之關係的曲線；及，該曲線的近似直線，該近似直線是自藉由最小平方法所實行的線性近似來求得。
第6C圖是表示下述兩者之圖表：基板上的測定位置與X射線搖擺曲線的峰值位置的ω值也就是ωr之關係的曲線；及，該曲線的近似直線，該近似直線是自藉由最小平方法所實行的線性近似來求得。
第7A圖是表示下述兩者之圖表：基板上的測定位置與X射線搖擺曲線的峰值位置的ω值也就是ωr之關係的曲線；及，該曲線的近似直線，該近似直線是自藉由最小平方法所實行的線性近似來求得。
第7B圖是表示下述兩者之圖表：基板上的測定位置與X射線搖擺曲線的峰值位置的ω值也就是ωr之關係的曲線；及，該曲線的近似直線，該近似直線是自藉由最小平方法所實行的線性近似來求得。
第7C圖是表示下述兩者之圖表：基板上的測定位置與X射線搖擺曲線的峰值位置的ω值也就是ωr之關係的曲線；及，該曲線的近似直線，該近似直線是自藉由最小平方法所實行的線性近似來求得。
[實施形態的概要]
在本實施形態中，是使用晶種來培育平板狀β-Ga2O3系單晶。能夠藉由利用後述之培育方法來培育該平板狀β-Ga2O3系單晶，而使晶體結構的偏差較小。
β-Ga2O3系單晶中的晶體結構的偏差，沿著與b軸方向垂直的方向會變成最大。因此，在本實施形態中，作為自平板狀β-Ga2O3系單晶所切出的β-Ga2O3系單晶基板的晶體結構的偏差的評估指標，是測定與主面平行且與b軸方向垂直的方向的晶體結構的偏差。
(β-Ga2O3系單晶基板的製造方法)
以下，記載上述晶體結構的偏差較小之β-Ga2O3系單晶基板1的製造方法的一例。
第1圖是第1實施形態的限邊饋膜生長法(Edge Defined Film Fed Growth，EFG)結晶製造裝置10的垂直剖面圖。
限邊饋膜生長法結晶製造裝置10，具有：坩堝11，其設置於石英管18內，並容納Ga2O3系熔融液30；模具12，其設置於該坩堝11內，並具有狹縫12a；蓋子13，是以使頂面露出之方式，將坩堝11的開口部封閉，該頂面包含模具12的開口部12b；晶種保持器14，其保持晶種31；軸15，其以可升降之方式來支撐晶種保持器14；支撐台16，其是用來置放坩堝11；隔熱材料17，其是沿著石英管18的內壁而設置；高頻線圈19，其設置於石英管18的周圍，且用來進行高頻感應加熱；基部22，其支撐石英管18和隔熱材料17；及，腳部23，其安裝於基部22。
限邊饋膜生長法結晶製造裝置10，進一步具有：後熱器(after heater)20，其是以包圍在坩堝11上方的培育β-Ga2O3系單晶的區域的方式而設置，且由銥(Ir)等所構成；及，反射板21，其是像蓋子般地設置於後熱器21上，且由Ir等所構成。
坩堝11，容納Ga2O3系熔融液30，該Ga2O3系熔融液30是將Ga2O3系原料加以熔解而獲得。坩堝11，是由可容納Ga2O3系熔融液30之Ir等具有高耐熱性的材料所構成。
模具12具有狹縫12a，該狹縫12a是用來使坩堝11內的Ga2O3系熔融液30藉由毛細現象而上升。模具12，與坩堝11同樣是由Ir等具有高耐熱性的材料所構成。
蓋13能夠防止高溫的Ga2O3系熔融液30自坩堝11蒸發，而防止蒸發物附著於坩堝11外面的構件。
高頻線圈19是以螺旋狀配置於石英管18的周圍，且利用由未表示於圖中的電源所供給的高頻電流，來對坩堝11和後熱器20進行感應加熱。藉此，使坩堝內的Ga2O3系原料熔解而獲得Ga2O3系熔融液30。
隔熱材料17是具有特定間隔而設置於坩堝11周圍。隔熱材料17具有保溫性，因而能夠控制經感應加熱的坩堝11等的急劇的溫度變化。
後熱器20是藉由感應加熱來進行放熱，反射板21是將由後熱器20和坩堝11所發出的熱量朝下方反射。本發明人已確認，後熱器20能夠減少熱區域(hot zone)的徑向(水平方向)的溫度梯度，且反射板21能夠減少熱區域的結晶成長方向的溫度梯度。
藉由將後熱器20和反射板21設置於限邊饋膜生長法結晶製造裝置10中，能夠減少β-Ga2O3系單晶32的差排密度。因此，能夠自β-Ga2O3系單晶32獲得一種晶體結構的偏差較小之β-Ga2O3系單晶基板1。
第2圖是表示第1實施形態的β-Ga2O3系單晶32成長中的狀態的斜視圖。在第2圖中，省略β-Ga2O3系單晶32的周圍的構件的圖示。
要培育β-Ga2O3系單晶32時，首先，使坩堝11內的Ga2O3系熔融液30經由模具12的狹縫12a而上升至模具12的開口部12b為止，且使晶種31與位於模具12的開口部12b之Ga2O3系熔融液30接觸。繼而，朝垂直方向提拉已與Ga2O3系熔融液30接觸之晶種31，而使β-Ga2O3系單晶32成長。第2圖所示的結晶成長方向，是與β-Ga2O3系單晶32的b軸平行的方向(b軸方向)。
β-Ga2O3系單晶32和晶種31，是β-Ga2O3單晶或添加有鋁(Al)、銦(In)等元素而成之Ga2O3單晶。例如，可以是添加有Al和In之β-Ga2O3單晶也就是(GaxAlyIn(1-x-y))2O3(0<x≦1、0≦y≦1、0<x+y≦1)單晶。添加有Al時，能帶間隙(band gap)會變寬，添加有In時，能帶間隙則會變窄。又，β-Ga2O3系單晶32可包含下述元素來作為摻雜劑：鎂(Mg)、鐵(Fe)、銅(Cu)、銀(Ag)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、鋁(Al)、銦(In)、矽(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)、鈮(Nb)等。
晶種31是不含雙晶面或幾乎不含雙晶面的β-Ga2O3系單晶。晶種31的寬度和厚度與要培育之β-Ga2O3系單晶32幾乎相同。因此，能夠在寬度方向W和厚度方向T不進行擴肩來培育β-Ga2O3系單晶32。
因為β-Ga2O3系單晶32的培育不包含在寬度方向W進行擴肩的步驟，所以能夠抑制β-Ga2O3系單晶32的雙晶化。再者，因為朝厚度方向T的擴肩與寬度方向W的擴肩不同，較難產生雙晶，所以β-Ga2O3系單晶32 的培育可包含在厚度方向T進行擴肩的步驟，但是在不實行朝厚度方向T的擴肩時，因為β-Ga2O3系單晶32幾乎整體成為可切出基板的平板狀區域，而能夠減少基板製造的成本，所以較佳是：如第2圖所示，使用晶種31且不實行朝厚度方向T的擴肩，以確保β-Ga2O3系單晶32的厚度。
晶種31的朝向水平方向的面33的面方位，與β-Ga2O3系單晶32的主面34的面方位一致。因此，例如，自β-Ga2O3系單晶32切出主面的面方位為(-201)之β-Ga2O3系單晶基板1時，是在晶種31的面33的面方位為(-201)之狀態下，來培育β-Ga2O3系單晶32。
β-Ga2O3系單晶，其(100)面的解理性(cleavability)較強，因而在結晶成長的擴肩過程中，容易產生以(100)面作為雙晶面(對稱面)之雙晶。因為本實施形態中的β-Ga2O3系單晶32的結晶成長方向也就是b軸方向是與(100)面平行，所以即使是產生了雙晶的情形，仍能夠切出一種β-Ga2O3系單晶基板，該β-Ga2O3系單晶基板較大，例如是2吋以上，且不含雙晶。又，能夠切出一種β-Ga2O3系單晶基板，該β-Ga2O3系單晶基板的垂直於雙晶面與主面的交線之方向的最大寬度為2吋以上，且該β-Ga2O3系單晶基板具有不含雙晶面之區域。
繼而，敘述使用四角柱狀之寬度較小的晶種來形成寬度大的晶種31的方法，該晶種31具有與β-Ga2O3系單晶32相同寬度。
第3圖是表示培育用來切出晶種31之β-Ga2O3系單晶36的狀態的斜視圖。
晶種31是自β-Ga2O3系單晶36的不含或幾乎不含雙晶面的區域所切出。因此，β-Ga2O3系單晶36的寬度(寬度方向W的大小)是比晶種31的寬度更大。
又，β-Ga2O3系單晶36的厚度(厚度方向T的大小)可以比晶種31的厚度更小，此時，不是自β-Ga2O3系單晶36直接切出晶種31，而是使用自β-Ga2O3系單晶36切出的晶種，並在厚度方向T進行擴肩來培育β-Ga2O3系單晶後，自該β-Ga2O3系單晶切出晶種31。
β-Ga2O3系單晶36的培育，能夠使用限邊饋膜生長法結晶製造裝置100，其結構與β-Ga2O3系單晶32的培育所使用的限邊饋膜生長法結晶製造裝置10幾乎相同，但是因為β-Ga2O3系單晶36的寬度、或寬度和厚度，與β-Ga2O3系單晶32不同，所以限邊饋膜生長法結晶製造裝置100的模具112的寬度、或寬度和厚度，與限邊饋膜生長法結晶製造裝置10的模具12不同。模具112的開口部112b的大小，一般而言是與模具12的開口部12b相同，亦可不同。
晶種35是四角柱狀β-Ga2O3系單晶，其寬度比要培育之β-Ga2O3系單晶36更小。
要培育β-Ga2O3系單晶36時，首先，使坩堝11內的Ga2O3系熔融液30經由模具112的狹縫而上升至模具112的開口部112b為止，且在晶種35的水平方向的位 置自模具112的寬度方向W的中心，在寬度方向W偏移的狀態下，使晶種35與位於模具112的開口部12b之Ga2O3系熔融液30接觸。此時，更佳是：在晶種35的水平方向的位置是位於模具112的寬度方向W的端部上的狀態下，使晶種35與覆蓋模具112的頂面之Ga2O3系熔融液30接觸。
繼而，朝垂直方向提拉已與Ga2O3系熔融液30接觸之晶種35，而使β-Ga2O3系單晶36成長。
培育之β-Ga2O3系單晶在朝寬度方向擴肩的步驟中進行雙晶化時，靠近晶種的區域容易產生雙晶面，而遠離晶種的位置則不易產生雙晶面。
本實施形態的β-Ga2O3系單晶36的培育方法，是利用像這樣的β-Ga2O3系單晶的雙晶化的性質。根據本實施形態，是在晶種35的水平方向的位置，自模具12的寬度方向W的中心，在寬度方向偏移的狀態下，使β-Ga2O3系單晶36成長，因此，相較於在晶種35的水平方向的位置位於模具12的寬度方向W的中心的狀態下，使β-Ga2O3系單晶36成長的情形，在β-Ga2O3系單晶36中會產生自晶種35算起的距離較大的區域。因為在像這樣的區域不易產生雙晶面，所以能夠切出寬度大的晶種31。
再者，能夠將日本特願2013-102599所揭示的技術應用於使用上述晶種35來培育β-Ga2O3系單晶36、及自β-Ga2O3系單晶36切出晶種。
繼而，敘述自所培育的β-Ga2O3系單晶32切出β-Ga2O3系單晶基板1的方法的一例。
首先，例如，培育厚度為18mm的β-Ga2O3系單晶32，之後實行退火(annealing)，該退火的目的在於緩和培育單晶時的熱應變(thermal strain)及提升電特性。該退火是藉由例如下述方式實行：在氮氣等惰性氣體氣氛中，保持1400~1600℃的溫度6~10小時。
繼而，為了將晶種31與β-Ga2O3系單晶32實行分離，而使用鑽石刀片(diamond blade)實行切割。首先，隔著熱蠟將β-Ga2O3系單晶32固定至碳系載台上。將已固定於碳系載台上之β-Ga2O3系單晶32設置至切割機上，並實行切割。刀片的粒度較佳是#200~#600(依據日本工業規格JIS B4131規定)左右，切割速度較佳是約每分鐘6~10mm。切割後，進行加熱而將β-Ga2O3系單晶32自碳系載台上取下。
繼而，使用超音波加工機(ultrasonic machine)及線切割放電加工機(wire electrical discharge machine)，將β-Ga2O3系單晶32的外緣加工成圓形。又，亦可在已加工成圓形的β-Ga2O3系單晶32的外緣形成定向平面。
繼而，利用多線鋸切割機(multi-wire saw)，將已加工成圓形的β-Ga2O3系單晶32切片為1mm左右的厚度，而獲得β-Ga2O3系單晶基板1。在此步驟中，能夠賦予所希望的偏移角(offset angle)來實行切片。線鋸較佳是使用固定磨粒式的線鋸。切片速度較佳是每分鐘0.125~0.3mm左右。
因為β-Ga2O3系單晶32是朝b軸方向培育而成的單晶，所以自β-Ga2O3系單晶32所切出的β-Ga2O3系單晶基板1的主面是(-201)面、(101)面、(001)面等與b軸平行的面。
繼而，對β-Ga2O3系單晶基板1施以退火，該退火的目的在於緩和加工應變及提升電特性、提升透過性。升溫時是在氧氣氣氛下實行退火，升溫後保持溫度期間則是切換為氮氣氣氛等惰性氣體氣氛而實行退火。保持溫度較佳是1400~1600℃。
繼而，對β-Ga2O3系單晶基板1的邊緣，以所希望的角度施以倒角(bevel)加工。
繼而，使用鑽石之磨削砥石，將β-Ga2O3系單晶基板1磨削至變成所希望的厚度為止。砥石的粒度較佳是#800~1000(依據日本工業規格JIS B4131規定)左右。
繼而，使用研磨平台(polishing platen)和鑽石研磨液，將β-Ga2O3系單晶基板研磨至變成所希望的厚度為止。研磨平台較佳是金屬系或玻璃系的材質的研磨平台。鑽石研磨液的粒徑較佳是0.5μm左右。
繼而，使用研磨布(polishing cloth)和化學機械研磨(chemical mechanical polishing，CMP)用之研磨液，將β-Ga2O3系單晶基板1研磨至獲得原子等級之平坦性為止。研磨布較佳是耐綸、生絲、聚胺酯等材質的研磨布。研磨液較佳是使用矽酸膠(colloidal silica)。CMP步驟後的β-Ga2O3系單晶基板1的主面的平均粗糙度Ra約為0.05~0.1nm。
(β-Ga2O3系單晶基板的品質評估方法)
對於藉由上述方法等所獲得的β-Ga2O3系單晶基板1，利用X射線搖擺曲線(rocking curve)測定來實行晶體品質的評估。此晶體品質的評估是藉由與基板的主面平行且與b軸垂直之方向的晶體結構的偏差的評估來實行。
第4圖是表示自β-Ga2O3系單晶切出的β-Ga2O3系單晶基板1與X射線繞射的測定位置的平面圖。在第4圖中以標記「×」表示的測定點上，以β-Ga2O3系單晶的b軸方向作為軸，並一面使基板旋轉一面測定X射線繞射強度，而獲得X射線搖擺曲線。這些測定點是通過β-Ga2O3系單晶基板1的主面的中心之主面上的直線，且並列於與b軸垂直之直線上。
第5圖是示意地表示X射線搖擺曲線測定的狀態之圖。自X射線產生裝置2發出的X射線，其朝β-Ga2O3系單晶基板1的入射方向(自X射線產生裝置2朝向β-Ga2O3系單晶基板1的主面上的測定點之方向)之與β-Ga2O3系單晶基板1的主面平行的成分，是與上述測定點所並列之直線一致。第5圖是表示作為一例，在對通過β-Ga2O3系單晶基板1的主面的中心之直線上進行測定時之X射線的入射方向，該β-Ga2O3系單晶基板1的主面的面方位為(-201)，而該直線是與[102]方向平行。
第5圖中的ω是表示X射線的入射方向與β-Ga2O3系單晶基板1的主面所夾的角度[deg]，2 θ是X射線的入射方向與自測定點朝向X射線檢測裝置3的方向所夾的角度。在X射線搖擺曲線測定中，是在固定2 θ的狀態下，以接近滿足布拉格條件的角度來改變ω，藉此獲得繞射峰值。
對於下述β-Ga2O3系單晶基板實行此X射線繞射測定：未添加摻雜劑的β-Ga2O3系單晶基板(設為基板A)、作為摻雜劑而添加有投入濃度0.030mol%的Sn而成之2片β-Ga2O3系單晶基板(設為基板B、C)、作為摻雜劑而添加有投入濃度0.020mol%的Si而成之3片β-Ga2O3系單晶基板(設為基板D、E、F)。
再者，基板A、B、C、D、E是自使用上述限邊饋膜生長法結晶製造裝置10並朝b軸方向培育而成的β-Ga2O3系單晶32所切出的基板，基板F是自使用特定裝置培育而成的β-Ga2O3系單晶32所切出的基板，該特定裝置是自上述限邊饋膜生長法結晶製造裝置10將後熱器20和反射板21去除後之裝置。又，基板A、B、C、D、E的主面皆是與b軸平行的(-201)面。
第6A、6B、6C圖、第7A、7B、7C圖表示下述兩者之圖表：基板上的測定位置與角度ωr[deg]之關係的曲線、及該曲線的近似直線。第6A、6B、6C圖、第7A、7B、7C圖的橫軸表示與b軸垂直之方向的基板上的位置，縱軸表示角度ωr[deg]。
此處，ωr是由X射線搖擺曲線的峰值位置中的ω值也就是ωs減去經實行測定ωs之直線上的平均值而得之值。將ωr作為第6、7圖的縱軸來使用的理由，是因為以ωs的平均值成為0的方式來將各圖表進行標準化，而能夠使圖表間的比較更容易。
第6A、6B、6C圖是分別表示基板A、B、C的測定結果的圖表。第7A、7B、7C圖是分別表示基板D、E、F的測定結果的圖表。第6A、6B、6C圖、第7A、7B、7C圖的X射線搖擺曲線的繞射峰值，是藉由在(-402)面的繞射所實行而得。
由第6A、6B、6C圖、第7A、7B、7C圖，求得在各測定位置中的由角度ωr減去近似直線上的角度(以下稱為ωs)而得之值，而求得該值的最大值與最小值之差值△ω[deg]。又，求得在各測定位置中的由角度ωr減去ωa而得之值，而求得該值的絕對值的平均值α[deg]。再者，近似直線是利用表示測定位置與角度ωr的關係之曲線的線性近似而求得，該線性近似是藉由最小平方法所實行。
再者，亦能夠使用ωs來取代ωr而求得△ω。亦即，能夠利用表示ωs與測定位置的關係之曲線的線性近似而求得近似直線，該線性近似是藉由最小平方法所實行，而求得在各測定位置中的由角度ωs減去近似直線上的角度ωa而得之值，並由這些值的最大值與最小值之差值求得△ω。當然，使用ωr與ωs的其中一者皆能夠獲得相同值的△ω。同樣地，亦能夠使用ωs來取代ωr而求得α。
這意味著與b軸方向垂直的方向的角度ωr的偏差愈小，該△ω、α會愈小，因而基板的與b軸垂直之方向的晶體結構的偏差較小。
再者，關於作為摻雜劑而添加有Sn而成之複數片β-Ga2O3系單晶基板，其是自使用限邊饋膜生長法結晶製造裝置10培育而成的β-Ga2O3系單晶32所切出，亦對於基板B、C以外的基板實行X射線繞射，而基板C是這些基板、基板B及基板C之中，△ω、α的值最大的基板。
又，關於作為摻雜劑而添加有Si而成之複數片β-Ga2O3系單晶基板，其是自使用限邊饋膜生長法結晶製造裝置10培育而成的β-Ga2O3系單晶32所切出，亦對於基板D、E以外的基板實行X射線繞射，而基板E是這些基板、基板D及基板E之中，△ω、α的值最大的基板。
以下的表1中，表示各基板的△ω、α的數值。
如上所述，基板A、B、C、D、E、F的主面是(-201)面，但是只要是與b軸平行的面，即使是(101)面、(001)面等其他面，也能夠獲得相同程度的△ω、α。
Sn、Si、Ge、Pb等第IV族元素，是作為β-Ga2O3系單晶的n型摻雜劑而應用的元素。將第IV族元素之中的未表示於表1的Ge、Pb作為摻雜劑而使用時，β-Ga2O3系單晶基板的晶體結構的偏差(△ω、α)會與使用Si時幾乎相同。
基板A、B、C、D、E的△ω、α的值，分別是0.7264以下、0.141以下，而比基板F的△ω、α的值更小。這是因為基板A、B、C、D、E是自使用限邊饋膜成長法結晶製造裝置10培育而成的β-Ga2O3系單晶32所切出，該限邊饋膜成長法結晶製造裝置10具備後熱器20和反射板21。
因為基板A、B、C、D、E是自朝b軸方向培育而成的β-Ga2O3系單晶32所切出的基板，所以這些基板的主面上的與β-Ga2O3系單晶32的培育方向也就是b軸垂直的直線上的△ω、α，是取基板A、B、C、D、E的主面上的任意直線(所有直線)上的△ω、α之中的最大值。亦即，例如，若與b軸垂直之直線上的△ω、α分別是0.7264以下、0.141以下，則任意直線上的△ω、α的最大值分別會是0.7264以下、0.141以下。
繼而，表示基板的翹曲所導致的△ω、α變化的評估結果。因為△ω、α是由基板面內各部分中的晶格的傾斜角所獲得的參數，除了基板中的晶體結構的偏差以外，還會受到基板的翹曲影響。本評估是用來表示，相較於由晶體結構的偏差所引起的△ω、α變化，由基板的翹 曲所引起的△ω、α變化是非常小的，而對藉由△ω、α的值所實行的晶體結構的評估幾乎不會造成影響。
首先，準備主面的面方位為(-201)之5片基板(設為基板G、H、I、J、K)，並測定各基板面內的每個位置的表面的高度，這些基板是自使用限邊饋膜成長法結晶製造裝置10培育而成的β-Ga2O3系單晶32所切出，且作為摻雜劑而添加有投入濃度0.10mol%的Sn。由該每個位置的表面的高度的數據，求得「Bow(彎曲度)」和「Warp(翹曲度)」的值，這些值是作為基板的翹曲的大小的指標。
繼而，由各基板面內的每個位置的表面的高度的數據，算出各基板面內的每個位置的傾斜角θ。此傾斜角θ會對X射線搖擺曲線測定中的角度ω造成(θ度的)偏移。能夠由基板面內的每個位置的傾斜角θ，求得由基板的翹曲所引起的△ω、α。
以下的表2中表示：Bow和Warp的數值，其表示基板G、H、I、J、K的翹曲的大小；及，與b軸垂直之直線上的△ω、α的數值，該數值是由各基板的翹曲所引起，該直線是通過基板的主面的中心之主面上的直線。
如表2所示，相較於表1所示的由晶體結構的偏差所引起的△ω、α變化，由基板的翹曲所引起的△ω、α的數值是非常小的，而對藉由△ω、α的值所實行的晶體結構的評估幾乎不會造成影響。再者，像這樣由β-Ga2O3系單晶32所切出的基板的翹曲的大小，與摻雜劑的有無或摻雜劑的種類幾乎不相關。
(實施形態的功效)
根據本實施形態，即使是添加摻雜劑的情形，也能夠獲得一種高品質β-Ga2O3系單晶基板，該β-Ga2O3系單晶基板的晶體結構的偏差較小。
以上已說明本發明的實施形態，但是本發明並未受限於上述實施形態，只要在不脫離本發明的主旨的範圍內，可實施各種變化。
又，上述所記載之實施形態並未限定申請專利範圍之發明。又，須注意於實施形態中所說明的特徵組合的全部，對於解決發明的問題所用的手段，未必為必須。

Claims (10)

  1. 一種β-Ga2O3系單晶基板，其由β-Ga2O3系單晶所構成，其中，主面是與前述β-Ga2O3系單晶的b軸平行的面，通過前述主面的中心之前述主面上的任意直線上的△ω的最大值是0.7264以下，並且，前述△ω是下述值：在前述直線上，將X射線搖擺曲線的峰值位置中的X射線的入射方向與前述主面所夾的角度設為ωs，且將藉由表示前述ωs與其測定位置的關係之曲線的線性近似而求得的近似直線上的角度設為ωa，該線性近似是藉由最小平方法所實行，此時由前述測定位置的各位置中的前述ωs減去前述ωa而得之值的最大值與最小值之差值。
  2. 一種β-Ga2O3系單晶基板，其由β-Ga2O3系單晶所構成，其中，主面是與前述β-Ga2O3系單晶的b軸平行的面，通過前述主面的中心之前述主面上的任意直線上的α的最大值是0.141以下，並且，前述α是下述值：在前述直線上，將X射線搖擺曲線的峰值位置中的X射線的入射方向與前述主面所夾的角度設為ωs，且將藉由表示前述ωs與其測定位置的關係之曲線的線性近似而求得的近似直線上的角度設為ω a，該線性近似是藉由最小平方法所實行，此時由前述測定位置的各位置中的前述ωs減去前述ωa而得之值的絕對值的平均值。
  3. 如請求項1所述之β-Ga2O3系單晶基板，其中，在前述任意直線上的△ω之中，與前述β-Ga2O3系單晶的b軸垂直的直線上的△ω為最大。
  4. 如請求項2所述之β-Ga2O3系單晶基板，其中，在前述任意直線上的α之中，與前述β-Ga2O3系單晶的b軸垂直的直線上的α為最大。
  5. 如請求項1~4中任一項所述之β-Ga2O3系單晶基板，其中，該β-Ga2O3系單晶基板包含摻雜劑。
  6. 如請求項5所述之β-Ga2O3系單晶基板，其中，前述摻雜劑是第IV族元素。
  7. 如請求項6所述之β-Ga2O3系單晶基板，其中，前述摻雜劑是Sn或Si。
  8. 如請求項1~4中任一項所述之β-Ga2O3系單晶基板，其中，前述主面是(-201)面、(101)面、或(001)面。
  9. 如請求項1~4中任一項所述之β-Ga2O3系單晶基板，其中，該β-Ga2O3系單晶基板是自朝b軸方向培育而成的平板狀β-Ga2O3系單晶所切出。
  10. 如請求項1~4中任一項所述之β-Ga2O3 系單晶基板，其中，該β-Ga2O3系單晶基板不含雙晶面，或該β-Ga2O3系單晶基板的垂直於雙晶面與前述主面的交線之方向的最大寬度為2吋以上且該β-Ga2O3系單晶基板具有不含雙晶面之區域。
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