TW202020940A - n型GaN結晶、GaN晶圓、及GaN結晶、GaN晶圓和氮化物半導體裝置的製造方法 - Google Patents

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Abstract

可與以氨熱法成長之GaN結晶匹敵的、具有20 arcsec以下之（004）XRD搖擺曲線FWHM的GaN結晶，若能夠以量產性優良的HVPE使其成長，則可期待促進開發使用c面GaN晶圓作為基板而生產的氮化物半導體裝置以及對於低成本化有所貢獻。本發明之n型GaN結晶，其所含有之最高濃度的施體雜質為Ge，具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率，其（004）XRD搖擺曲線FWHM小於20 arcsec。該n型GaN結晶，具有面積分別在3 cm2 以上的2個主面，其中一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面的傾斜在0度以上10度以下。再者，該n型GaN結晶可具有20 mm以上的直徑。

Description

n型GaN結晶、GaN晶圓、及GaN結晶、GaN晶圓及氮化物半導體裝置的製造方法
本發明主要係關於n型GaN結晶、GaN晶圓、及GaN結晶、GaN晶圓及氮化物半導體裝置的製造方法。
GaN（氮化鎵）為III-V族化合物半導體的一種，具備屬於六方晶系的纖鋅礦型的結晶構造。 塊體GaN結晶的代表性成長技法中，具有氫化物氣相磊晶（HVPE，Hydride Vapor Phase Epitaxy）、高壓溶液成長法、氨熱法及Na助熔劑法（非專利文獻1）。HVPE相較於其他技法，GaN結晶的成長速率特別高，目前市售的GaN晶圓幾乎皆是以HVPE進行成長。
有報告提出在以氨熱法成長的直徑1英吋的c面GaN晶種晶圓上，以HVPE使GaN結晶成長，再從該GaN結晶裁切出直徑18 mm的c面GaN晶圓（非專利文獻2）。 有報告提出在以氨熱法成長的c面GaN晶種晶圓上，以HVPE使GaN結晶成長，再從該經過HVPE成長的GaN結晶裁切出c面晶種晶圓，然後藉由HVPE於其上使摻雜了Si（矽）的GaN結晶成長（非專利文獻3）。其中指出該摻雜了Si的GaN結晶的（002）XRD搖擺曲線FWHM為32 arcsec。 有報告提出在以氨熱法成長的c面GaN晶種晶圓上，藉由HVPE使摻雜了Ge（鍺）的GaN結晶成長（非專利文獻4）。其中指出該摻雜了Ge的GaN結晶的（002）XRD搖擺曲線FWHM為67 arcsec。
有報告提出在以酸性氨熱法成長的m面GaN晶種晶圓上，以HVPE使厚度5.6 mm的GaN結晶成長，而從該經過HVPE成長的GaN結晶裁切出直徑2英吋的m面GaN晶圓（非專利文獻5）。在該2英吋HVPE晶圓的中央，得到13 arcsec這樣的（200）XRD搖擺曲線FWHM。 已知一種導電性c面GaN晶圓，其係使用NH4 F（氟化銨）與NH4 I（碘化銨）作為礦化劑而以酸性氨熱法進行成長的GaN結晶所構成，而（004）XRD搖擺曲線FWHM約為 10arcsec（專利文獻1）。 上述提出的XRD為X射線繞射（X-Ray Diffraction）、FWHM為半高全寬（Full Width at Half Maximum）。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]WO2018/030311A1 [非專利文獻]
[非專利文獻1]H. Amano, Japanese Journal of Applied Physics 52 (2013) 050001 [非專利文獻2]J. Z. Domagala, et al., Journal of Crystal Growth 456 (2016) 80 [非專利文獻3]M. Iwinska, et al., Journal of Crystal Growth 456 (2016) 91 [非專利文獻4]M. Iwinska, et al., Journal of Crystal Growth 480 (2017) 102 [非專利文獻5]Y. Tsukada, et al., Japanese Journal of Applied Physics 55 (2016) 05FC01
[發明所欲解決之課題]
本案發明人想到，能夠與以氨熱法成長之GaN結晶匹敵的、（004）XRD搖擺曲線FWHM在20arcsec以下的GaN結晶，若能夠以量產性優良的HVPE使其成長，就能夠促進開發將c面GaN晶圓用於基板所生產的氮化物半導體裝置，並對於低成本化有所貢獻。 [解決課題之手段]
本發明的一面向係關於n型GaN結晶，另一面向係關於GaN晶圓，再一面向係關於GaN晶圓的製造方法，再另一面向係關於磊晶晶圓的製造方法，又一面向係關於磊晶晶圓，再另一面向係關於氮化物半導體裝置的製造方法，而再另一面向則係關於塊體GaN結晶的製造方法。
本發明的實施態樣包含以下的［A1］~［A26］，但不限於此等。 ［A1］一種n型GaN結晶：其所含有之最高濃度的施體雜質為Ge，並且具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率，以及（004）XRD搖擺曲線FWHM小於20 arcsec、小於18 arcsec、小於16 arcsec、小於14 arcsec或小於12 arcsec。 ［A2］一種n型GaN結晶，其係如該［A1］之n型GaN結晶，其中該結晶具有互相朝向相反方向的2個主面，該2個主面的面積分別為3 cm2 以上，該2個主面中的一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面的傾斜在0度以上10度以下。 ［A3］如該［A2］之n型GaN結晶，其具有20 mm以上、45 mm以上、95 mm以上或145 mm以上的直徑。 ［A4］一種n型GaN結晶，其係具有互相朝向相反方向的2個主面、該2個主面中的一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面之傾斜在0度以上10度以下的n型GaN結晶，其所含有之最高濃度的施體雜質為Ge，且其具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率，以及在該一側的主面上沿著至少1條線於長度40 mm中每隔1mm即測量（004）XRD搖擺曲線時，在所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為20 arcsec以下。 ［A5］如該［A4］之n型GaN結晶，其中該所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值在18 arcsec以下、16 arcsec以下、14 arcsec以下、12 arcsec以下或10 arcsec以下。 ［A6］一種n型GaN結晶，其係具有互相朝向相反方向的2個主面、該2個主面中的一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面的傾斜在0度以上10度以下的n型GaN結晶，其所含有之最高濃度的施體雜質為Ge，且其具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率，以及在該一側的主面上分別沿著至少2條互相垂直的線於長度40 mm中每隔1 mm即測量（004）XRD搖擺曲線時，在各線上的所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為20 arcsec以下。 ［A7］如該［A6］之n型GaN結晶，其中該各線上的所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值在18 arcsec以下、16 arcsec以下、14 arcsec以下、12 arcsec以下或10 arcsec以下。 ［A8］如該［A2］~［A7］中任一項之n型GaN結晶，其具有小於0.02 Ω･cm、小於0.015 Ω･cm或小於0.010 Ω･cm的室溫電阻率。 ［A9］如該［A2］~［A7］中任一項之n型GaN結晶，其載子濃度為1×1018 cm-3 以上、2×1018 cm-3 以上、3×1018 cm-3 以上或4×1018 cm-3 以上。 ［A10］如該［A2］~［A9］中任一項之n型GaN結晶，其中關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。 ［A11］如該［A10］之n型GaN結晶，其滿足全數與雜質濃度相關的該條件（a）~（c）。 ［A12］如該［A2］~［A11］中任一項之n型GaN結晶，其中O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下、2×1016 atoms/cm3 以下或1×1016 atoms/cm3 以下。 ［A13］如該［A2］~［A12］中任一項之n型GaN結晶，其中Ge濃度為1×1018 atoms/cm3 以上，且Si濃度為4×1017 atoms/cm3 以上。 ［A14］如該［A2］~［A13］中任一項之n型GaN結晶，其中除了Ge、Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。 ［A15］如該［A2］~［A14］中任一項之n型GaN結晶，其係以HVPE成長的GaN結晶。 ［A16］一種GaN晶圓，其係由該［A2］~［A15］中任一項之n型GaN結晶所構成。 ［A17］一種GaN晶圓，其中如該［A2］~［A15］中任一項之n型GaN結晶所構成的第一區域設於Ga極性側，而載子濃度低於該n型GaN結晶的第二區域設於N極性側。 ［A18］如該［A17］之GaN晶圓，其中該第一區域的厚度為5 μm以上250 μm以下。 ［A19］如該［A17］或［A18］之GaN晶圓，其中該第二區域，關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。 ［A20］如該［A19］之GaN晶圓，其中該第二區域滿足全數與雜質濃度相關的該條件（a）~（c）。 ［A21］如該［A17］~［A20］中任一項之GaN晶圓，其中該第二區域中的O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下、2×1016 atoms/cm3 以下或1×1016 atoms/cm3 以下。 ［A22］如該［A17］~［A21］中任一項之GaN晶圓，其中該第二區域中，除了Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。 ［A23］如該［A17］~［A22］中任一項之GaN晶圓，其中該第一區域與該第二區域之間具有再成長界面。 ［A24］一種磊晶晶圓的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如該［A16］~［A23］中任一項之GaN晶圓的步驟；及在該所準備之GaN晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。 ［A25］一種磊晶晶圓，其係由如該［A16］~［A23］中任一項之GaN晶圓與在該GaN晶圓上磊晶成長的一層以上的氮化物半導體層所構成。 ［A26］一種氮化物半導體裝置的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如該［A16］~［A23］中任一項之GaN晶圓的步驟；及在該所準備之GaN晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。
本發明的實施態樣更包含以下的［B1］~［B29］。 ［B1］一種n型GaN結晶，其具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率，且（004）XRD搖擺曲線FWHM小於20 arcsec，而關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。 ［B2］一種n型GaN結晶，其係如該［B1］之n型GaN結晶，其中該結晶具有互相朝向相反方向的2個主面，該2個主面的面積分別為3 cm2 以上，該2個主面中的一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面的傾斜在0度以上10度以下。 ［B3］如該［B2］之n型GaN結晶，其具有20 mm以上、45 mm以上、95 mm以上或145 mm以上的直徑。 ［B4］一種n型GaN結晶，其係具有互相朝向相反方向的2個主面、該2個主面中的一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面的傾斜在0度以上10度以下的n型GaN結晶，具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率，在該一側的主面上沿著至少1條線於長度40 mm中每隔1 mm即測量（004）XRD搖擺曲線時，在所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為20 arcsec以下，以及關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。 ［B5］如該［B4］之n型GaN結晶，其中在該所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值在18 arcsec以下、16 arcsec以下、14 arcsec以下或12 arcsec以下。 ［B6］一種n型GaN結晶，其係具有互相朝向相反方向的2個主面、該2個主面中的一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面的傾斜在0度以上10度以下的n型GaN結晶，具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率，在該一側的主面上分別沿著至少2條互相垂直的線於長度40 mm中每隔1 mm即測量（004）XRD搖擺曲線時，在各線上的所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為20arcsec以下，以及關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。 ［B7］如該［B6］之n型GaN結晶，其中在該各線上的所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值在18 arcsec以下、16 arcsec以下、14 arcsec以下或12 arcsec以下。 ［B8］如該［B2］~［B7］中任一項之n型GaN結晶，其具有小於0.02 Ω･cm、小於0.015 Ω･cm或小於0.010 Ω･cm的室溫電阻率。 ［B9］如該［B2］~［B7］中任一項之n型GaN結晶，其載子濃度為1×1018 cm-3 以上或2×1018 cm-3 以上。 ［B10］如該［B2］~［B9］中任一項之n型GaN結晶，其中關於雜質濃度滿足全數該條件（a）~（c）。 ［B11］如該［B2］~［B10］中任一項之n型GaN結晶，其中O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下、2×1016 atoms/cm3 以下或1×1016 atoms/cm3 以下。 ［B12］如該［B2］~［B11］中任一項之n型GaN結晶，其所含有之最高濃度的施體雜質為Si。 ［B13］如該［B12］之n型GaN結晶，其中Si以外之施體雜質之總濃度為Si濃度的10 %以下、5 %以下或1 %以下。 ［B14］如該［B13］之n型GaN結晶，其中載子濃度為Si濃度的90 %以上。 ［B15］如該［B2］~［B14］中任一項之n型GaN結晶，其中除了Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。 ［B16］如該［B2］~［B12］中任一項之n型GaN結晶，其中Ge濃度為1×1018 atoms/cm3 以上、且Si濃度為4×1017 atoms/cm3 以上。 ［B17］如該［B16］之n型GaN結晶，其中除了Ge、Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。 ［B18］如該［B2］~［B17］中任一項之n型GaN結晶，其係以HVPE成長的GaN結晶。 ［B19］一種GaN晶圓，其係由如該［B2］~［B18］中任一項之n型GaN結晶所構成。 ［B20］一種GaN晶圓，其中如該［B2］~［B18］中任一項之n型GaN結晶所構成的第一區域設於Ga極性側，載子濃度低於該n型GaN結晶的第二區域設於N極性側。 ［B21］如該［B20］之GaN晶圓，其中該第一區域的厚度為5 μm以上250 μm以下。 ［B22］如該［B20］或［B21］之GaN晶圓，其中該第二區域，關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。 ［B23］如該［B22］之GaN晶圓，其中該第二區域滿足全數與雜質濃度相關的該條件（a）~（c）。 ［B24］如該［B20］~［B23］中任一項之GaN晶圓，其中該第二區域中的O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下、2×1016 atoms/cm3 以下或1×1016 atoms/cm3 以下。 ［B25］如該［B20］~［B24］中任一項之GaN晶圓，其中該第二區域中，除了Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。 ［B26］如該［B20］~［B25］中任一項之GaN晶圓，其中該第一區域與該第二區域之間具有再成長界面。 ［B27］一種磊晶晶圓的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如該［B19］~［B26］中任一項之GaN晶圓的步驟；及在該所準備之GaN晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。 ［B28］一種磊晶晶圓，其係由如該［B19］~［B26］中任一項之GaN晶圓與在該GaN晶圓上磊晶成長的一層以上的氮化物半導體層所構成。 ［B29］一種氮化物半導體裝置的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如該［B19］~［B26］中任一項之GaN晶圓的步驟；及在該所準備之GaN晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。
本發明的實施態樣更包含以下的［C1］~［C44］。 ［C1］一種n型GaN結晶，其係具有互相朝向相反方向的2個主面、該2個主面中的一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面的傾斜在0度以上10度以下的n型GaN結晶，具有45 mm以上的直徑，而（004）XRD搖擺曲線FWHM小於20 arcsec、小於18 arcsec、小於16 arcsec、小於14 arcsec或小於12 arcsec，以及關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。 ［C2］如該［C1］之n型GaN結晶，其具有95 mm以上或145 mm以上的直徑。 ［C3］一種n型GaN結晶，其係具有互相朝向相反方向的2個主面、該2個主面中的一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面的傾斜在0度以上10度以下的n型GaN結晶，在該一側的主面上沿著至少1條線於長度40 mm中每隔1 mm即測量（004）XRD搖擺曲線時，在所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為20 arcsec以下，以及關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。 ［C4］如該［C3］之n型GaN結晶，其中在該所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值在18 arcsec以下、16 arcsec以下、14 arcsec以下、12 arcsec以下或10arcsec以下。 ［C5］一種n型GaN結晶，其係具有互相朝向相反方向的2個主面、該2個主面中的一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面的傾斜在0度以上10度以下的n型GaN結晶，在該一側的主面上分別沿著至少2條互相垂直的線於長度40 mm中每隔1 mm即測量（004）XRD搖擺曲線時，在各線上的所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為20 arcsec以下，以及關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。 ［C6］如該［C5］之n型GaN結晶，其中在該各線上的所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值在18 arcsec以下、16 arcsec以下、14 arcsec以下、12 arcsec以下或10 arcsec以下。 ［C7］如該［C1］~［C6］中任一項之n型GaN結晶，其中關於雜質濃度滿足全數該條件（a）~（c）。 ［C8］如該［C1］~［C7］中任一項之n型GaN結晶，其中Si濃度為5×1017 atoms/cm3 以下。 ［C9］如該［C1］~［C8］中任一項之n型GaN結晶，其中除了Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。 ［C10］如該［C1］~［C9］中任一項之n型GaN結晶，其中O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下、2×1016 atoms/cm3 以下或1×1016 atoms/cm3 以下。 ［C11］如該［C1］~［C10］中任一項之n型GaN結晶，其具有小於5×1017 cm-3 之載子濃度與0.04 Ω･cm以上之室溫電阻率中的至少任一者。 ［C12］如該［C1］~［C11］中任一項之n型GaN結晶，其係以HVPE成長的GaN結晶。 ［C13］如該［C1］~［C12］中任一項之n型GaN結晶所構成的GaN晶圓。 ［C14］一種雙層GaN晶圓，具有：底層，其係由如該［C1］~［C12］中任一項之n型GaN結晶所構成；及表層，其係由GaN所構成，隔著再成長界面形成於該n型GaN結晶的Ga極性側之主面上，且最小厚度為20 μm以上；在該表層中，從頂面至少距離5 μm以內的部分包含於高載子濃度區域，而該高載子濃度區域係載子濃度下限為1×1018 cm-3 以上的區域。 ［C15］如該［C14］之雙層GaN晶圓，其中在該表層中，從頂面至少20 μm以內的部分包含於該高載子濃度區域。 ［C16］如該［C14］或［C15］之雙層GaN晶圓，其中該高載子濃度區域係載子濃度下限為2×1018 cm-3 以上、3×1018 cm-3 以上或4×1018 cm-3 以上的區域。 ［C17］如該［C14］~［C16］中任一項之雙層GaN晶圓，其中該表層，關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。 ［C18］如該［C17］之雙層GaN晶圓，其中該表層滿足全數與雜質濃度相關的該條件（a）~（c）。 ［C19］如該［C14］~［C18］中任一項之雙層GaN晶圓，其中該表層中的O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下、2×1016 atoms/cm3 以下或1×1016 atoms/cm3 以下。 ［C20］如該［C14］~［C19］中任一項之雙層GaN晶圓，其中該高載子濃度區域摻雜有Si。 ［C21］如該［C20］之雙層GaN晶圓，其中在該表層中，除了Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。 ［C22］如該［C14］~［C20］中任一項之雙層GaN晶圓，其中該高載子濃度區域摻雜有Ge。 ［C23］如該［C22］之雙層GaN晶圓，其中在該表層中，除了Ge、Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。 ［C24］如該［C14］~［C23］中任一項之雙層GaN晶圓，其中該高載子濃度區域中，載子濃度或施體雜質的總濃度沿著c軸方向的變動，相較於中間值，係在±25 %以內、±20 %以內、±15 %以內或±10 %以內。 ［C25］一種雙層GaN晶圓，具有：底層，其係由如該［C1］~［C12］中任一項之n型GaN結晶所構成；及表層，其係由GaN所構成，隔著再成長界面形成於該n型GaN結晶的Ga極性側的主面上，且最小厚度為20 μm以上；該表層中，從頂面至少距離5 μm以內的部分包含於載子補償區域，該載子補償區域係補償雜質的總濃度下限為1×1017 atoms/cm3 以上的區域。 ［C26］如該［C25］之雙層GaN晶圓，其中在該表層中，從頂面至少20 μm以內的部分包含於該載子補償區域。 ［C27］如該［C25］或［C26］之雙層GaN晶圓，其中該載子補償區域，係補償雜質的總濃度下限為2×1017 atoms/cm3 以上、5×1017 atoms/cm3 以上、1×1018 atoms/cm3 以上、2×1018 atoms/cm3 以上或5×1018 atoms/cm3 以上的區域。 ［C28］如該［C25］~［C27］中任一項之雙層GaN晶圓，其中該表層，關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。 ［C29］如該［C25］~［C28］中任一項之雙層GaN晶圓，其中在該載子補償區域中，補償雜質的總濃度沿著c軸方向的變動，相較於中間值，係在±25 %以內、±20 %以內、±15 %以內或±10 %以內。 ［C30］如該［C14］~［C29］中任一項之雙層GaN晶圓，其中該雙層GaN晶圓的厚度大於300 μm，該表層之最大厚度在300 μm以下、250 μm以下或200 μm以下。 ［C31］如該［C14］~［C30］中任一項之雙層GaN晶圓，其中該表層的最小厚度在50 μm以上、75 μm以上或100 μm以上。 ［C32］如該［C14］~［C31］中任一項之雙層GaN晶圓，其中該表層的最大厚度與最小厚度的差在200 μm以下、100 μm以下、50 μm以下、25 μm以下或10μm以下。 ［C33］一種磊晶晶圓的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如該［C13］~［C32］中任一項之晶圓的步驟；及在該所準備之晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。 ［C34］一種磊晶晶圓，其係由如該［C13］~［C32］中任一項之晶圓與在該GaN晶圓上磊晶成長的一層以上的氮化物半導體層所構成。 ［C35］一種氮化物半導體裝置的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如該［C13］~［C32］中任一項之晶圓的步驟；及在該所準備之晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。 ［C36］一種雙層GaN晶圓的製造方法，具有下述步驟：準備如該［C13］之GaN晶圓的步驟；及在該所準備之GaN晶圓的Ga極性側的主面上使厚度20 μm以上的GaN層磊晶成長的步驟；該GaN層上設有高載子濃度區域或載子補償區域，該高載子濃度區域係載子濃度下限為1×1018 cm-3 以上的區域，而該載子補償區域係補償雜質的總濃度下限為2×1017 atoms/cm3 以上的區域。 ［C37］如該［C36］之製造方法，其中在該磊晶成長之步驟中，係以HVPE使該GaN層成長。 ［C38］如該［C36］或［C37］之製造方法，其中該GaN層的厚度為500 μm以下。 ［C39］如該［C36］~［C38］中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該高載子濃度區域，該高載子濃度區域係載子濃度下限為2×1018 cm-3 以上、3×1018 cm-3 以上或4×1018 cm-3 以上的區域。 ［C40］如該［C36］~［C39］中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該高載子濃度區域，該高載子濃度區域中摻雜有Ge。 ［C41］如該［C36］~［C40］中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該高載子濃度區域，該高載子濃度區域中蓄意摻雜有Si。 ［C42］如該［C36］~［C38］中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該載子補償區域，該載子補償區域，係補償雜質的總濃度下限為5×1017 atoms/cm3 以上、1×1018 atoms/cm3 以上、2×1018 atoms/cm3 以上或5×1018 atoms/cm3 以上的區域。 ［C43］如該［C36］~［C42］中任一項之製造方法，其中更具有將該磊晶成長步驟中所得到的積層體薄化的步驟。 ［C44］一種塊體GaN結晶的製造方法，具有：準備如該［C13］之GaN晶圓的步驟；及在該所準備之GaN晶圓上使GaN磊晶成長的步驟。
本發明的實施態樣更包含以下的［D1］~［D19］。 ［D1］一種c面GaN晶圓：其所含有之最高濃度的施體雜質為Ge，其導電型為n型，且具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率，以及（004）XRD搖擺曲線FWHM小於20 arcsec、小於18 arcsec、小於16 arcsec、小於14 arcsec或小於12 arcsec。 ［D2］如該［D1］之c面GaN晶圓，其具備面積3 cm2 以上的主面。 ［D3］如該［D1］之c面GaN晶圓，其具有20 mm以上、45 mm以上、95 mm以上或145 mm以上的直徑。 ［D4］一種c面GaN晶圓：其所含有之最高濃度的施體雜質為Ge，其導電型為n型，且具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率，以及在一側的主面上沿著至少1條線於長度40 mm中每隔1 mm即測量（004）XRD搖擺曲線時，在所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為20 arcsec以下。 ［D5］如該［D4］之c面GaN晶圓，其中在該所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值在18 arcsec以下、16 arcsec以下、14 arcsec以下、12 arcsec以下或10 arcsec以下。 ［D6］一種c面GaN晶圓：其所含有之最高濃度的施體雜質為Ge，其導電型為n型，且具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率，以及在一側的主面上分別沿著至少2條互相垂直的線於長度40 mm中每隔1 mm即測量（004）XRD搖擺曲線時，在各線上的所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為20 arcsec以下。 ［D7］如該［D6］之c面GaN晶圓，其中在該各線上的所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值在18 arcsec以下、16 arcsec以下、14 arcsec以下、12 arcsec以下或10 arcsec以下。 ［D8］如該［D1］~［D7］中任一項之c面GaN晶圓，其中切割角之x方向分量在通過表面中心而在x方向上延伸之線上的變動幅度與切割角之y方向分量在通過表面中心而在與該x方向垂直的y方向上延伸之線上的變動幅度，在長度40 mm的區間內，分別在0.15度以下、0.1度以下、或0.08度以下。 ［D9］如該［D1］~［D8］中任一項之c面GaN晶圓，其具有小於0.02 Ω･cm、小於0.015 Ω･cm或小於0.010 Ω･cm的室溫電阻率。 ［D10］如該［D1］~［D8］中任一項之c面GaN晶圓，其中載子濃度為1×1018 cm-3 以上、2×1018 cm-3 以上、3×1018 cm-3 以上或4×1018 cm-3 以上。 ［D11］如該［D1］~［D10］中任一項之c面GaN晶圓，其中關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。 ［D12］如該［D11］之c面GaN晶圓，其滿足全數與雜質濃度相關的該條件（a）~（c）。 ［D13］如該［D1］~［D12］中任一項之c面GaN晶圓，其中O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下、2×1016 atoms/cm3 以下或1×1016 atoms/cm3 以下。 ［D14］如該［D1］~［D13］中任一項之c面GaN晶圓，其中Ge濃度為1×1018 atoms/cm3 以上，且Si濃度為4×1017 atoms/cm3 以上。 ［D15］如該［D1］~［D14］中任一項之c面GaN晶圓，其中除了Ge、Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。 ［D16］如該［D1］~［D15］中任一項之c面GaN晶圓，其係由以HVPE成長的GaN結晶所構成。 ［D17］一種磊晶晶圓的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如該［D1］~［D16］中任一項之c面GaN晶圓的步驟；及在該所準備之c面GaN晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。 ［D18］一種磊晶晶圓，其係由如該［D1］~［D16］中任一項之GaN晶圓與在該GaN晶圓上磊晶成長的一層以上的氮化物半導體層所構成。 ［D19］一種氮化物半導體裝置的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如該［D1］~［D16］中任一項之GaN晶圓的步驟；及在該所準備之GaN晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。
本發明的實施態樣更包含以下的［E1］~［E20］。 ［E1］一種c面GaN晶圓：導電型為n型，且具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率，（004）XRD搖擺曲線FWHM小於20 arcsec，以及關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。 ［E2］如該［E1］之c面GaN晶圓，其具備面積3 cm2 以上的主面。 ［E3］如該［E1］之c面GaN晶圓，其具有20 mm以上、45 mm以上、95 mm以上或145 mm以上的直徑。 ［E4］一種c面GaN晶圓：其導電型為n型，且具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率，在一側的主面上沿著至少1條線於長度40 mm中每隔1 mm即測量（004）XRD搖擺曲線時，在所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為20 arcsec以下，以及關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。 ［E5］如該［E4］之c面GaN晶圓，其中在該所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值在18 arcsec以下、16 arcsec以下、14 arcsec以下或12 arcsec以下。 ［E6］一種c面GaN晶圓：其導電型為n型，且具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率，在一側的主面上分別沿著至少2條互相垂直的線於長度40 mm中每隔1 mm即測量（004）XRD搖擺曲線時，在各線上的所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為20 arcsec以下，以及關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。 ［E7］如該［E6］之c面GaN晶圓，其中在該各線上的所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值在18 arcsec以下、16 arcsec以下、14 arcsec以下或12 arcsec以下。 ［E8］如該［E1］~［E7］中任一項之c面GaN晶圓，其中切割角（off-cut angle）之x方向分量在通過表面中心而在x方向上延伸之線上的變動幅度與切割角之y方向分量在通過表面中心而在與該x方向垂直的y方向上延伸之線上的變動幅度，在長度40 mm的區間內分別為0.15度以下、0.1度以下、或0.08度以下。 ［E9］如該［E1］~［E8］中任一項之c面GaN晶圓，其具有小於0.02 Ω･cm、小於0.015 Ω･cm或小於0.010 Ω･cm的室溫電阻率。 ［E10］如該［E1］~［E8］中任一項之c面GaN晶圓，其中載子濃度為1×1018 cm-3 以上或2×1018 cm-3 以上。 ［E11］如該［E1］~［E10］中任一項之c面GaN晶圓，其中關於雜質濃度滿足全數該條件（a）~（c）。 ［E12］如該［E1］~［E11］中任一項之c面GaN晶圓，其中O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下、2×1016 atoms/cm3 以下或1×1016 atoms/cm3 以下。 ［E13］如該［E1］~［E12］中任一項之c面GaN晶圓，其所含有之最高濃度的施體雜質為Si。 ［E14］如該［E13］之c面GaN晶圓，其中Si以外之施體雜質的總濃度為Si濃度的10 %以下、5 %以下或1 %以下。 ［E15］如該［E14］之c面GaN晶圓，其中載子濃度為Si濃度的90 %以上。 ［E16］如該［E1］~［E15］中任一項之c面GaN晶圓，其中除了Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。 ［E17］如該［E1］~［E16］中任一項之c面GaN晶圓，其係由以HVPE成長的GaN結晶所構成。 ［E18］一種磊晶晶圓的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如該［E1］~［E17］中任一項之c面GaN晶圓的步驟；及在該所準備之GaN晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。 ［E19］一種磊晶晶圓，其係由如該［E1］~［E17］中任一項之c面GaN晶圓與在該c面GaN晶圓上磊晶成長的一層以上的氮化物半導體層所構成。 ［E20］一種氮化物半導體裝置的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如該［E1］~［E17］中任一項之c面GaN晶圓的步驟；及在該所準備之c面GaN晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。
本發明的實施態樣更包含以下的［F1］~［F25］。 ［F1］一種c面GaN晶圓：其導電型為n型，具有45 mm以上的直徑，（004）XRD搖擺曲線FWHM小於20 arcsec、小於18 arcsec、小於16 arcsec、小於14 arcsec或小於12 arcsec，以及關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。 ［F2］如該［F1］之c面GaN晶圓，其具有95 mm以上或14 5mm以上的直徑。 ［F3］一種c面GaN晶圓：其導電型為n型，在一側的主面上沿著至少1條線於長度40 mm中每隔1 mm即測量（004）XRD搖擺曲線時，在所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為20 arcsec以下，以及關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。 ［F4］如該［F3］之c面GaN晶圓，其中在該所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值在18 arcsec以下、16 arcsec以下、14 arcsec以下、12 arcsec以下或10 arcsec以下。 ［F5］一種c面GaN晶圓：其導電型為n型，在一側的主面上分別沿著至少2條互相垂直的線於長度40 mm中每隔1 mm即測量（004）XRD搖擺曲線時，在各線上的所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為20 arcsec以下，以及關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。 ［F6］如該［F5］之c面GaN晶圓，其中在該各線上的所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值在18 arcsec以下、16 arcsec以下、14 arcsec以下、12 arcsec以下或10 arcsec以下。 ［F7］如該［F1］~［F6］中任一項之c面GaN晶圓，其中切割角之x方向分量在通過表面中心而在x方向上延伸之線的變動幅度與切割角之y方向分量在通過表面中心而在與該x方向垂直的y方向上延伸之線上的變動幅度，在長度40 mm的區間內分別為0.15度以下、0.1度以下、或0.08度以下。 ［F8］如該［F1］~［F7］中任一項之c面GaN晶圓，其中關於雜質濃度滿足全數該條件（a）~（c）。 ［F9］如該［F1］~［F8］中任一項之c面GaN晶圓，其中Si濃度為5×1017 atoms/cm3 以下。 ［F10］如該［F1］~［F9］中任一項之c面GaN晶圓，其中除了Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。 ［F11］如該［F1］~［F10］中任一項之c面GaN晶圓，其中O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下、2×1016 atoms/cm3 以下或1×1016 atoms/cm3 以下。 ［F12］如該［F1］~［F11］中任一項之c面GaN晶圓，其具有小於5×1017 cm-3 的載子濃度與0.04 Ω･cm以上的室溫電阻率中的至少任一者。 ［F13］如該［F1］~［F12］中任一項之c面GaN晶圓，其係由以HVPE成長的GaN結晶所構成。 ［F14］一種磊晶晶圓的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如該［F1］~［F13］中任一項之c面GaN晶圓的步驟；及在該所準備之c面GaN晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。 ［F15］一種磊晶晶圓，其係由如該［F1］~［F13］中任一項之c面GaN晶圓與在該c面GaN晶圓上磊晶成長的一層以上的氮化物半導體層所構成。 ［F16］一種氮化物半導體裝置的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如該［F1］~［F13］中任一項之c面GaN晶圓的步驟；及在該所準備之c面GaN晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。 ［F17］一種雙層GaN晶圓的製造方法，具有：準備如該［F1］~［F13］中任一項之c面GaN晶圓的步驟；及在該所準備之c面GaN晶圓的Ga極性側的主面上使厚度20 μm以上的GaN層磊晶成長的步驟；該GaN層上設有高載子濃度區域或載子補償區域，該高載子濃度區域係載子濃度下限為1×1018 cm-3 以上的區域，該載子補償區域係補償雜質的總濃度下限為2×1017 atoms/cm3 以上的區域。 ［F18］如該［F17］之製造方法，其中在該磊晶成長之步驟中，係以HVPE使該GaN層成長。 ［F19］如該［F17］或［F18］之製造方法，其中該GaN層的厚度為500 μm以下。 ［F20］如該［F17］~［F19］中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該高載子濃度區域，該高載子濃度區域係載子濃度下限為2×1018 cm-3 以上、3×1018 cm-3 以上或4×1018 cm-3 以上的區域。 ［F21］如該［F17］~［F20］中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該高載子濃度區域，該高載子濃度區域中摻雜有Ge。 ［F22］如該［F17］~［F21］中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該高載子濃度區域，該高載子濃度區域中蓄意地摻雜有Si。 ［F23］如該［F17］~［F19］中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該載子補償區域，該載子補償區域，係補償雜質的總濃度下限為5×1017 atoms/cm3 以上、1×1018 atoms/cm3 以上、2×1018 atoms/cm3 以上或5×1018 atoms/cm3 以上的區域。 ［F24］如該［F17］~［F23］中任一項之製造方法，其更具有將該磊晶成長之步驟中所得到之積層體薄化的步驟。 ［F25］一種塊體GaN結晶的製造方法，具有：準備如該［F1］~［F13］中任一項之c面GaN晶圓的步驟；及在該所準備之c面GaN晶圓上使GaN磊晶成長的步驟。
本發明的實施態樣更包含以下的［G1］~［G29］。 ［G1］一種c面GaN晶圓：其導電型為n型，在一側的主面中，差排密度為2×105 cm-2 以下、1×105 cm-2 以下、或5×104 cm-2 以下，以及關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。 ［G2］如該［G1］之c面GaN晶圓，其中關於雜質濃度滿足全數該條件（a）~（c）。 ［G3］如該［G1］或［G2］之c面GaN晶圓，其中O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下、2×1016 atoms/cm3 以下或1×1016 atoms/cm3 以下。 ［G4］如該［G1］~［G3］中任一項之c面GaN晶圓，其中切割角之x方向分量在通過表面中心而在x方向上延伸之線的變動幅度與切割角之y方向分量在通過表面中心而在與該x方向垂直的y方向上延伸之線上的變動幅度，在長度40 mm的區間內分別為0.15度以下、0.1度以下、或0.08度以下。 ［G5］如該［G1］~［G4］中任一項之c面GaN晶圓，其具有小於5×1017 cm-3 的載子濃度與0.04 Ω･cm以上的室溫電阻率中的至少任一者。 ［G6］如該［G1］~［G5］中任一項之c面GaN晶圓，其中Si濃度為5×1017 atoms/cm3 以下。 ［G7］如該［G6］之c面GaN晶圓，其中除了Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。 ［G8］如該［G1］~［G4］中任一項之c面GaN晶圓，其具有小於0.03 Ω･cm、小於0.02 Ω･cm、小於0.015 Ω･cm或小於0.010 Ω･cm的室溫電阻率。 ［G9］如該［G1］~［G4］中任一項之c面GaN晶圓，其中載子濃度為1×1018 cm-3 以上、2×1018 cm-3 以上、3×1018 cm-3 以上或4×1018 cm-3 以上。 ［G10］如該［G8］或［G9］之c面GaN晶圓，其中Ge濃度為1×1018 atoms/cm3 以上，且Si濃度為4×1017 atoms/cm3 以上。 ［G11］如該［G8］~［G10］中任一項之c面GaN晶圓，其所含有之最高濃度的施體雜質為Ge。 ［G12］如該［G10］或［G11］之c面GaN晶圓，其中除了Ge、Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。 ［G13］如該［G8］或［G9］中任一項之c面GaN晶圓，其所含有之最高濃度的施體雜質為Si。 ［G14］如該［G13］之c面GaN晶圓，其中Si以外之施體雜質的總濃度為Si濃度的10 %以下、5%以下或1 %以下。 ［G15］如該［G14］之c面GaN晶圓，其中載子濃度為Si濃度的90 %以上。 ［G16］如該［G13］~［G15］中任一項之c面GaN晶圓，其中除了Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。 ［G17］如該［G1］~［G16］中任一項之c面GaN晶圓，其係由以HVPE成長的GaN結晶所構成。 ［G18］一種磊晶晶圓的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如該［G1］~［G17］中任一項之c面GaN晶圓的步驟；及在該所準備之c面GaN晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。 ［G19］一種磊晶晶圓，其係由如該［G1］~［G17］中任一項之c面GaN晶圓與在該c面GaN晶圓上磊晶成長的一層以上的氮化物半導體層所構成。 ［G20］一種氮化物半導體裝置的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如該［G1］~［G17］中任一項之c面GaN晶圓的步驟；及在該所準備之c面GaN晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。 ［G21］一種雙層GaN晶圓的製造方法，具有：準備如該［G1］~［G7］中任一項之c面GaN晶圓的步驟；及在該所準備之c面GaN晶圓的Ga極性側的主面上使厚度20 μm以上的GaN層磊晶成長的步驟；該GaN層上設有高載子濃度區域或載子補償區域，該高載子濃度區域係載子濃度下限為1×1018 cm-3 以上的區域，該載子補償區域係補償雜質的總濃度下限為2×1017 atoms/cm3 以上的區域。 ［G22］如該［G21］之製造方法，其中在該磊晶成長之步驟中，係以HVPE使該GaN層成長。 ［G23］如該［G21］或［G22］之製造方法，其中該GaN層的厚度為500 μm以下。 ［G24］如該［G21］~［G23］中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該高載子濃度區域，該高載子濃度區域係載子濃度下限為2×1018 cm-3 以上、3×1018 cm-3 以上或4×1018 cm-3 以上的區域。 ［G25］如該［G21］~［G24］中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該高載子濃度區域，該高載子濃度區域中摻雜有Ge。 ［G26］如該［G21］~［G25］中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該高載子濃度區域，該高載子濃度區域中蓄意地摻雜有Si。 ［G27］如該［G21］~［G23］中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該載子補償區域，該載子補償區域係補償雜質的總濃度下限為5×1017 atoms/cm3 以上、1×1018 atoms/cm3 以上、2×1018 atoms/cm3 以上或5×1018 atoms/cm3 以上的區域。 ［G28］如該［G21］~［G27］中任一項之製造方法，其更具有將在該磊晶成長之步驟中所得到的積層體薄化的步驟。 ［G29］一種塊體GaN結晶的製造方法，具有：準備如該［G1］~［G7］中任一項之c面GaN晶圓的步驟；及在該所準備之c面GaN晶圓上使GaN磊晶成長的步驟。
本發明的實施態樣更包含以下的［H1］~［H32］。 ［H1］一種n型GaN結晶，其係具有互相朝向相反方向的2個主面、該2個主面中的一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面的傾斜在0度以上10度以下的n型GaN結晶，可得到至少一個10 mm×10 mm的正方形區域的X射線異常穿透像，以及關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。 ［H2］一種n型GaN結晶，其係具有互相朝向相反方向的2個主面、該2個主面中的一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面的傾斜在0度以上10度以下的n型GaN結晶，可得到至少一個15 mm×15 mm的正方形區域的X射線異常穿透像，以及關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。 ［H3］一種n型GaN結晶，其係具有互相朝向相反方向的2個主面、該2個主面中的一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面的傾斜在0度以上10度以下的n型GaN結晶，可得到至少一個20 mm×20 mm的正方形區域的X射線異常穿透像，以及關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。 ［H4］如該［H1］~［H3］中任一項之n型GaN結晶，其中關於雜質濃度滿足全數該條件（a）~（c）。 ［H5］如該［H1］~［H4］中任一項之n型GaN結晶，其中O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下、2×1016 atoms/cm3 以下或1×1016 atoms/cm3 以下。 ［H6］如該［H1］~［H5］中任一項之n型GaN結晶，其具有小於5×1017 cm-3 的載子濃度與0.04 Ω･cm以上的室溫電阻率中的至少任一者。 ［H7］如該［H1］~［H6］中任一項之n型GaN結晶，其中Si濃度為5×1017 atoms/cm3 以下。 ［H8］如該［H7］之n型GaN結晶，其中除了Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。 ［H9］如該［H1］~［H5］中任一項之n型GaN結晶，其具有小於0.03 Ω･cm、小於0.02 Ω･cm、小於0.015 Ω･cm或小於0.010 Ω･cm的室溫電阻率。 ［H10］如該［H1］~［H5］中任一項之n型GaN結晶，其中載子濃度為1×1018 cm-3 以上、2×1018 cm-3 以上、3×1018 cm-3 以上或4×1018 cm-3 以上。 ［H11］如該［H9］或［H10］之n型GaN結晶，其中Ge濃度為1×1018 atoms/cm3 以上，且Si濃度為4×1017 atoms/cm3 以上。 ［H12］如該［H9］~［H11］中任一項之n型GaN結晶，其所含有之最高濃度的施體雜質為Ge。 ［H13］如該［H11］或［H12］之n型GaN結晶，其中除了Ge、Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。 ［H14］如該［H9］或［H10］之n型GaN結晶，其所含有之最高濃度的施體雜質為Si。 ［H15］如該［H14］之n型GaN結晶，其中Si以外之施體雜質的總濃度為Si濃度的10 %以下、5 %以下或1 %以下。 ［H16］如該［H15］之n型GaN結晶，其中載子濃度為Si濃度的90 %以上。 ［H17］如該［H14］~［H16］中任一項之n型GaN結晶，其中除了Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。 ［H18］如該［H1］~［H17］中任一項之n型GaN結晶，其係由以HVPE成長的GaN結晶所構成。 ［H19］如該［H1］~［H18］中任一項之n型GaN結晶，其係GaN晶圓。 ［H20］如該［H19］之n型GaN結晶，其中切割角之x方向分量在通過表面中心而在x方向上延伸之線的變動幅度與切割角之y方向分量在通過表面中心而在與該x方向垂直的y方向上延伸之線上的變動幅度，在長度40 mm的區間內分別為0.15度以下、0.1度以下、或0.08度以下。 ［H21］一種磊晶晶圓的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如該［H19］或［H20］之n型GaN結晶的步驟；及在該所準備之n型GaN結晶之上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。 ［H22］一種磊晶晶圓，其係由如該［H19］或［H20］之n型GaN結晶與在該n型GaN結晶上磊晶成長的一層以上的氮化物半導體層所構成。 ［H23］一種氮化物半導體裝置的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如該［H19］或［H20］之n型GaN結晶的步驟；及在該所準備之n型GaN結晶之上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。 ［H24］一種雙層GaN晶圓的製造方法，具有：準備如該［H1］~［H8］中任一項之n型GaN結晶的GaN晶圓的步驟；及在該所準備之GaN晶圓的Ga極性側的主面上使厚度20 μm以上的GaN層磊晶成長的步驟；該GaN層上設有高載子濃度區域或載子補償區域，該高載子濃度區域係載子濃度下限為1×1018 cm-3 以上的區域，該載子補償區域係補償雜質的總濃度下限為2×1017 atoms/cm3 以上的區域。 ［H25］如該［H24］之製造方法，其中在該磊晶成長之步驟中，以HVPE使該GaN層成長。 ［H26］如該［H24］或［H25］之製造方法，其中該GaN層的厚度為500 μm以下。 ［H27］如該［H24］~［H26］中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該高載子濃度區域，該高載子濃度區域係載子濃度下限為2×1018 cm-3 以上、3×1018 cm-3 以上或4×1018 cm-3 以上的區域。 ［H28］如該［H24］~［H27］中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該高載子濃度區域，該高載子濃度區域中摻雜有Ge。 ［H29］如該［H24］~［H28］中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該高載子濃度區域，該高載子濃度區域中蓄意地摻雜有Si。 ［H30］如該［H24］之製造方法，其中該GaN層上設有該載子補償區域，該載子補償區域，係補償雜質的總濃度下限為5×1017 atoms/cm3 以上、1×1018 atoms/cm3 以上、2×1018 atoms/cm3 以上或5×1018 atoms/cm3 以上的區域。 ［H31］如該［H24］~［H30］中任一項之製造方法，其更具有將該磊晶成長之步驟中所得到的積層體薄化的步驟。 ［H32］一種塊體GaN結晶的製造方法，具有：準備如該［H1］~［H8］中任一項之n型GaN結晶的GaN晶圓的步驟；及在該所準備之GaN晶圓上使GaN磊晶成長的步驟。 [發明之效果] 根據較佳的實施態樣之一，可提供一種以HVPE進行成長、且（004）XRD搖擺曲線半值寬度在20 arcsec以下的GaN結晶。
GaN結晶中，將（0001）結晶面及（000-1）結晶面統稱為c面，將｛10-10｝結晶面稱為m面，並將｛11-20｝結晶面稱為a面。與c面垂直的結晶軸稱為c軸，與m面垂直的結晶軸稱為m軸，與a面垂直的結晶軸稱為a軸。 本說明書中，提及結晶軸、結晶面、結晶方位等的情況中，若未特別說明，則係指GaN結晶的結晶軸、結晶面、結晶方位等。 六方晶的米勒指數（hkil）具有h＋k＝-i的關係，因此有時亦以3位數表記為（hkl）。例如，將（0004）以3位數表記為（004）。 以下適當參照圖式，配合實施態樣說明本發明。
1. n型GaN結晶 1.1. 形態及尺寸 第一圖所示的結晶10係顯示實施態樣之n型GaN結晶的一例。 結晶10，具有互相朝向相反方向的2個主面（大面積面）、亦即第一主面11與第二主面12。第一主面11與第二主面12中，任一者為Ga極性，另一者為N極性。第一主面11與第二主面12較佳為互相平行。
第一主面11為Ga極性且第二主面12為N極性時，第一主面11相對於（0001）結晶面的傾斜為0度以上10度以下。該傾斜可為0.2度以上，又，亦可為小於5度、小於2.5度、小於2度、小於1.5度、小於1度或小於0.5度。 第一主面11相對於（0001）結晶面的傾斜，換言之係結晶10的［0001］方向與第一主面11的法線向量所形成的角度。 第一主面11為N極性而第二主面12為Ga極性時，第一主面11相對於（000-1）結晶面的傾斜為0度以上10度以下。該傾斜可小於5度、小於2.5度、小於2度、小於1.5度、小於1度或小於0.5度。
第一主面11及第二主面12的面積較佳係分別為3 cm2 以上。 結晶10的直徑DC 通常可為20 mm以上、45 mm以上、95 mm以上、或145 mm以上，典型而言為25~27 mm（約1英吋）、50~55 mm（約2英吋）、100~105 mm（約4英吋）、150~155 mm（約6英吋）等。 第一主面11及第二主面12的形狀不限定於圓形，亦可變更為正方形、長方形等的四角形、正六角形等、正八角形等的多角形、其他任意的形狀。
結晶10可為鑄錠或晶圓，除此之外，亦可為在其他GaN結晶上成長的磊晶層或與貼合於支撐基板的膜等。亦即，結晶10可為獨立，亦可為非獨立。 結晶10為鑄錠時，其厚度tC 較佳為1.5 mm以上，更佳為2 mm以上，再佳為3 mm以上。 結晶10為晶圓時，其厚度tC 可為200 μm以上且小於500 μm、500 μm以上且小於750 μm、750μm 以上且小於1 mm、1 mm以上且小於2 mm等。 結晶10為成長於其他GaN結晶上之磊晶層或貼合於支撐基板的膜時，其厚度tC 可為5 μm以上且小於50 μm、50 μm以上且小於100 μm、100 μm以上且小於150 μm、150 μm以上且250 μm以下等。
1.2. 性質 結晶10係由以HVPE成長的GaN所構成。 以具備石英反應器的一般HVPE裝置成長的GaN，關於雜質濃度通常滿足選自以下（a）~（c）中的一個以上的條件。 （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上。 （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下。 （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。 結晶10可滿足全數上述條件（a）~（c）。
結晶10係含有施體雜質的n型半導體。雖未限定，但在一例中，結晶10的室溫電阻率（室溫下的比電阻（resistivity））可小於0.03 Ω･cm，較佳為小於0.02 Ω･cm，更佳為小於0.015 Ω･cm，再佳為小於0.010 Ω･cm。 結晶10可含有的施體雜質，具有Si（矽）、Ge（鍺）等的14族元素與、O（氧）、S（硫）等的16族元素。 結晶10所含有之最高濃度的施體雜質，較佳為Si或Ge。
一例中，藉由使Si以外之施體雜質的總濃度充分低於Si濃度，可藉由調節Si濃度來控制結晶10的載子濃度。因此較佳係使Si以外之施體雜質的總濃度在Si濃度的10 %以下，更佳為5 %以下，再佳為1 %以下。Si以外之施體雜質的總濃度為Si濃度的10 %以下時，結晶10的載子濃度可為Si濃度的90 %以上。 結晶10中添加Ge時，使成長時所使用的載子氣體所包含之H2 之莫耳比較高，雖可有效降低Ge的濃度不均，但會伴隨結晶10的Si濃度成為1017 atoms/cm3 的等級以上。
為了充分降低結晶10的電阻率，較佳係使結晶10在室溫中的載子濃度為1×1018 cm-3 以上，再佳為2×1018 cm-3 以上。該載子濃度可為3×1018 cm-3 以上，進一步可為4×1018 cm-3 以上。從電特性的觀點來看，該載子濃度並無特別的上限，但為了不導致結晶10的生產性變差，可將該載子濃度設定於1×1019 cm-3 以下，亦可設定為8×1018 cm-3 以下，進一步可為5×1018 cm-3 以下。這是因為高濃度的摻雜會提高異常成長的發生頻率。
1.3. 結晶品質 結晶10的品質，可以使用CuKα1放射的ω掃描所測量之（004）XRD搖擺曲線FWHM為指標來進行評估。結晶品質越好，（004）XRD搖擺曲線FWHM越窄。 （004）XRD搖擺曲線測量中，以電壓45kV、電流40mA使X射線管球運作，將使用Ge（440）4結晶對稱單色儀進行單色化的CuKα 射線入射第一主面11。並未特別限定X射線從何方向射入第一主面11，例如，可使X射線的入射面與a軸垂直。
X射線的光束尺寸，在使入射角（反射面與X射線所形成的角度）為90°時，亦即使X射線垂直入射作為反射面的（004）面時，第一主面11上的照射區域之尺寸，針對與ω軸平行之方向係設定為5 mm，針對與ω軸垂直之方向係設定為1 mm。ω軸係指在搖擺曲線測量中試片的旋轉軸。 在將X射線的光束尺寸如此設定時，GaN的（004）XRD搖擺曲線測量中，ω約為36.5°，因此第一主面11上的照射區域的尺寸約為1.7×5 mm2 。 如此所測量之（004）XRD搖擺曲線FWHM可小於20 arcsec，進一步可小於18 arcsec，進一步可小於16 arcsec，進一步可小於14 arcsec，進一步可小於12 arcsec。
第一主面11的直徑超過40 mm時，如第二圖所示，藉由在第一主面11上，以沿著1條線L於長度40 mm中每隔1 mm即以上述條件進行ω掃描，可得到在該線L上以1 mm間距並列40個測量點PM 的（004）XRD搖擺曲線。此情況中，各測量點PM 的ω掃描中，使ω軸與線L垂直。亦即，以使X射線入射面與線L平行的方式，將X射線入射結晶10。
較佳例中，在第一主面11上沿著至少1條線進行此測量時，在所有測量點之間的（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值可在20 arcsec以下。 該所有測量點之間的（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值，可為18 arcsec以下，進一步可為16 arcsec以下，進一步可為14 arcsec以下，進一步可為12 arcsec，進一步可為10 arcsec以下。
第一主面11的直徑超過40 mm時，再者，在第一主面11上，分別沿著如第三圖例示的互相垂直的2條線L1 及L2 ，於長度40 mm中每隔1 mm即以上述條件進行ω掃描，藉此可在各線L1 、L2 上得到以1 mm間距排列的40個測量點的（004）XRD搖擺曲線。此情況中，在線L1 上的各測量點之中的ω掃描中，使ω軸與線L1 垂直，而在線L2 上的各測量點中的ω掃描中，使ω軸與線L2 垂直。
較佳例中，在第一主面11上，分別沿著至少2條互相垂直的線進行此測量時，在各線上的所有測量點之間的（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值會在20 arcsec以下。亦即，該2條線中的一條上的40個測量點之間的最大值與另一條上的40個測量點之間的最大值皆會在20 arcsec以下。 各線上的所有測量點之間的（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值可為18 arcsec以下，進一步可為16 arcsec以下，進一步可為14 arcsec以下，進一步可為12 arcsec以下，進一步可為10 arcsec以下。
在以蘭氏法（Lang's method）進行的X射線形貌分析中，從結晶10可得到至少一個10 mm×10 mm的正方形區域的X射線異常穿透像。 蘭氏法中，在板狀試片中一側的主面側配置X射線源，而在另一側的主面側配置X射線檢測器。 X射線的異常穿透亦被稱為博曼效應（Borrmann effect），此現象係使X射線穿透通常因吸收現象而無法穿透之厚度的結晶。例如，在使用MoKα（波長0.71073Å）作為X射線源的X射線形貌分析中，從厚度344 μm的GaN結晶得到穿透像的情況，即為異常穿透像。這是因為在X射線源為MoKα的情況下，GaN的吸收係數μ為290.40 cm-1 ，而在晶圓的厚度t為344 μm時，μ･t＝10.0，此時若無異常穿透，則在μ･t≧10的條件下無法得到穿透像。 在結晶完整性低時無法觀察到異常穿透像，因此能夠在X射線形貌分析中得到異常穿透像的GaN結晶可說是其品質良好。 較佳係從結晶10得到至少一個15 mm×15 mm的正方形區域的X射線異常穿透像，更佳係得到至少一個20 mm×20 mm的正方形區域的X射線異常穿透像。
2. GaN晶圓 本說明書中，將來自（0001）結晶面或（000-1）結晶面的切割角在10度以下的GaN晶圓稱為c面GaN晶圓。
2.1. 形態及尺寸 第四圖所示的晶圓20係顯示實施態樣之GaN晶圓的一例。 晶圓20為c面GaN晶圓，互相朝向相反方向的其2個主面（大面積面）、亦即第一主面21與第二主面22，一邊為Ga極性，另一邊為N極性。Ga極性側的主面有時被稱為Ga極性面，又N極性側的主面有時被稱為N極性面。 第一主面21為Ga極性時，第一主面21相對於（0001）結晶面的傾斜為0度以上10度以下。該傾斜可為0.2度以上，又可為小於5度、小於2.5度、小於1.5度、小於1度或小於0.5度。 第一主面21為N極性時，第一主面21相對於（000-1）結晶面的傾斜為0度以上10度以下。該傾斜亦可小於5度、小於2.5度、小於1.5度、小於1度或小於0.5度。 第一主面21與第二主面22較佳為互相平行。
晶圓20的直徑DW 通常可為45 mm以上、95 mm以上、或145 mm以上，典型為50~55 mm（約2英吋）、100~105 mm（約4英吋）、150~155 mm（約6英吋）等。 晶圓20的厚度tW ，係因應直徑DW 而以晶圓20可獨立且可處理的方式設計。例如晶圓20的直徑DW 約2英吋時，厚度tW 較佳為250~500 μm，更佳為300~450 μm，晶圓20的直徑DW 約4英吋時，厚度tW 較佳為400~800 μm，更佳為500~650 μm。晶圓20的直徑DW 約6英吋時，厚度tW 較佳為500~850 μm，更佳為600~750 μm。
晶圓20的切割角可分解成x方向分量與y方向向量，其係在第一主面21內互相正交的2方向的向量。若參照第十五圖說明，在使第一主面21的法線方向為z方向、使與c軸平行之向量為向量Vc時，晶圓20的切割角等於向量Vc從z軸傾斜的角度θ。該向量Vc，可分解成x方向向量的向量Vcx 與y方向成分的向量Vcy 。xz平面上的向量Vc的正投影為向量Vcx ，yz平面上的向量Vc的正投影為向量Vcy 。 在以此方式分解向量Vc時，向量Vcx 從z軸傾斜的角度為切割角θ的x方向分量θx ，向量Vcy 從z軸傾斜的角度為切割角θ的y軸方向分量θy 。
晶圓20中，切割角之x方向分量在通過第一主面21之中心而在x方向上延伸之線上的變動幅度與切割角之y方向分量在通過第一主面21之中心而在y方向上延伸之線上的變動幅度，在長度40 mm的區間內分別為0.15度以下，較佳為0.1度以下，更佳為0.08度以下。在該評估中，可將俯視晶圓20時與外周的距離小於5 mm的部分排除。 變動幅度係指最大值與最小值的差，例如變動幅度在0.15度以下，換言之，係相較於中間值的變動在±0.075度以內。 x方向可與a面之一平行，此時y方向與m面之一平行。
晶圓20的第一主面21，例如在使用晶圓20作為基板製造氮化物半導體裝置時，預定用於氮化物半導體之磊晶成長的主面即為「表面」。第一主面21進行鏡面拋光，其以AFM測量的方均根（RMS）粗糙度，在測量範圍2 μm×2 μm中，較佳為小於2 nm，亦可小於1 nm或小於0.5 nm。 第二主面22為「背面」，其亦可進行鏡面拋光，亦可進行消光加工。
晶圓20的邊緣亦可進行倒角。 亦可將表示結晶方位的晶向平邊或缺口、使表面與背面容易辨識的指標、平邊等因應需求的各種標記施予晶圓20。 晶圓20的主面雖為圓形，但並不限於圓形，亦可變更為正方形、長方形、六角形、八角形、其他任意的形狀。
2.2. 性質 晶圓20係由以HVPE成長的GaN結晶所構成。 以具備石英反應器的一般HVPE裝置成長的GaN，關於雜質濃度，通常滿足選自以下（a）~（c）中的一個以上的條件。 （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上。 （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下。 （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。 晶圓20可滿足全數上述條件（a）~（c）。
以下敘述作為參考，以HVPE成長的GaN，在紅外吸收光譜的3150~3250 cm-1 的範圍中並未確認到吸收係數超過0.5 cm-1 的吸收峰值，從此點可分辨其與以氨熱法成長的GaN。該紅外吸收峰值，與以氨熱法成長的GaN高濃度地含有鎵空孔相關［S. Suihkonen, et al., Applied Physics Letters 108, 202105 (2016); W. Jiang, et al., Applied Physics Express 10, 075506 (2017)］。
晶圓20的蓄意摻雜可因應需求任意進行。因此，在一例中，亦可僅以非蓄意摻雜的GaN（UID-GaN；un-intentionally doped GaN）形成晶圓20。因為非蓄意摻雜的施體雜質與不可避免地產生氮空孔，因此UID-GaN的導電型為n型。 UID-GaN中，Si濃度為5×1017 atoms/cm3 以下、O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下、2×1016 atoms/cm3 以下或1×1016 atoms/cm3 以下，除了Si、O及H以外，各雜質的濃度可為5×1015 atoms/cm3 以下。 UID-GaN中，載子濃度可小於5×1017 cm-3 ，且室溫電阻率可為0.04 Ω･cm以上。
在一例中，藉由蓄意地摻雜來降低晶圓20的室溫電阻率，可使其小於0.03Ω･cm，進一步可小於0.02Ω･cm，進一步可小於0.015Ω･cm，進一步可小於0.010Ω･cm。為了充分降低電阻率，較佳係使晶圓20在室溫中的載子濃度在1×1018 cm-3 以上，再佳為2×1018 cm-3 以上。該載子濃度可為3×1018 cm-3 以上，進一步可為4×1018 cm-3 以上。從電特性的觀點來看，該載子濃度並無特別的上限，但為了不使晶圓20的生產性變差，可將該載子濃度設為1×1019 cm-3 以下，亦可設為8×1018 cm-3 以下，進一步可設為5×1018 cm-3 以下。這是因為高濃度的摻雜會提高GaN結晶異常成長的發生頻率。
為了降低電阻率，晶圓20中添加的摻雜物，較佳為施體雜質，因此藉由摻雜而低電阻化時的晶圓20的導電型較佳為n型。這是因為，一般而言相較於受體雜質，施體雜質呈現較高的活性化率。活性化率，係指在經摻雜的GaN中，載子濃度相對於摻雜物濃度的比例。 可作為施體雜質使用的元素，具有Si（矽）、Ge（鍺）等的14族元素與、O（氧）、S（硫）等的16族元素。
在摻雜施體雜質時，晶圓20所含有之最高濃度的施體雜質較佳為Si或Ge，主要的2個理由如下。 第一，Si與Ge係具有與O相同程度之高活性化率的施體雜質。 第二，為了得到高度摻雜O的GaN而需要進行一面成長（facet growth），相對於此，高度摻雜Si或Ge的GaN可藉由c面成長而得。
一面成長，係以使成長表面上形成大量凹槽的方式使［0001］配向的GaN膜成長的技法。相對於此，以使成長表面平坦的方式使該GaN膜成長的方法則稱為c面成長。 因為線差排具有集中在凹槽底部的性質，因此以一面成長所形成的GaN膜中，線差排的分布變得不均勻。氮化物半導體裝置的製造者通常不傾向從這種GaN膜裁切出來的c面GaN晶圓。 （004）XRD搖擺曲線FWHM在20 arcsec以下的GaN結晶，其線差排的密度低，因此在以適當條件使其進行c面成長時，成長表面平坦且無凸起，而能夠得到極佳的表面形態。Si與Ge可說是能夠發揮此特徵的施體雜質。
較佳的一例中，藉由使Si以外之施體雜質的總濃度充分低於Si濃度，可藉由調節Si濃度來控制晶圓20的載子濃度。因此，較佳係使Si以外之施體雜質的總濃度在Si濃度的10 %以下，進一步可為5 %以下，進一步可為1 %以下。Si以外之施體雜質的總濃度為Si濃度的 10%以下時，晶圓20的載子濃度可為Si濃度的90 %以上。 在晶圓20中蓄意地添加Ge時，使成長時所用的載子氣體所包含之H2 之莫耳比較高，雖可有效降低Ge的濃度不均，但會伴隨晶圓20的Si濃度，即使在非蓄意地添加Si時，亦會成為1017 atoms/cm3 的等級以上。
一態樣中，亦可僅對於晶圓20的一部分進行蓄意摻雜。 第五圖所示的例子中，晶圓20，在Ga極性的第一主面21側具有蓄意摻雜的GaN（ID-GaN；intentionally doped GaN）所構成的第一區域R1 ，在N極性的第二主面22側具有UID-GaN所構成的第二區域R2 。相較於第二區域R2 ，第一區域R1 具有較高的載子濃度與較低的電阻率。 第一區域R1 與第二區域R2 之間，可設置中間區域（圖中未顯示），其載子濃度在該等2個區域之間。該中間區域中，載子濃度可從N極性側朝向Ga極性側連續性或階段性增加。
第一區域R1 的厚度t1 ，可為例如5 μm以上且小於50 μm、50 μm以上且小於100 μm、100 μm以上且小於150 μm、150μm以上且小於250 μm以下等。 第一區域R1 與第二區域R2 之間，亦可存在再成長界面。亦即，第五圖所示的晶圓20，可經由下述步驟來製造：在使UID-GaN所構成的c面GaN晶圓完成後，於該c面GaN晶圓的Ga極性側主面上以HVPE使ID-GaN層成長。
第五圖所示的晶圓20中，第一區域R1 中的室溫電阻率可小於0.03 Ω･cm、小於0.02 Ω･cm、小於0.015 Ω･cm，或小於0.010 Ω･cm。第一區域R1 在室溫下的載子濃度，較佳為1×1018 cm-3 以上，更佳為2×1018 cm-3 以上，亦可為3×1018 cm-3 以上，進一步可為4×1018 cm-3 以上。 第一區域R1 所含有的蓄意摻雜物，較佳為施體雜質，此時第一區域R1 所含有之最高濃度的施體雜質為Si或Ge。較佳例之中，第一區域R1 中，可使Si以外之施體雜質的總濃度為Si濃度的10 %以下，進一步可為5 %以下，進一步可為1 %以下。 第二區域R2 中，Si濃度為5×1017 atoms/cm3 以下，O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下、2×1016 atoms/cm3 以下或1×1016 atoms/cm3 以下，除了Si、O及H以外，各雜質的濃度可為5×1015 atoms/cm3 以下。 第二區域R2 中，載子濃度可小於5×1017 ，且室溫電阻率可為0.04 Ω･cm以上。 2.3. 結晶品質
晶圓20的結晶品質，可以藉由使用CuKα1 放射的ω掃描測量的（004）XRD搖擺曲線FWHM作為指標而進行評估。結晶品質越好，則（004）XRD搖擺曲線FWHM越窄。 （004）XRD搖擺曲線測量中，以電壓45kV、電流40mA使X射線管球運作，將使用Ge（440）4結晶對稱單色儀而單色化的CuKα 線入射第一主面21。
X射線的光束尺寸，在使入射角（反射面與X射線形成之角度）為90°時，亦即使X射線垂直入射作為反射面的（004）面時，第一主面21上的照射區域的尺寸，針對與ω軸平行之方向可設為5 mm，針對與ω軸垂直的方向可設為1 mm。ω軸係搖擺曲線測量之中試片的旋轉軸。 在如此設定X射線之光束尺寸時，GaN的（004）XRD搖擺曲線測量中ω約為36.5°，第一主面21上的照射面積約為1.7×5 mm2 。
如第六圖所示，在晶圓20的第一主面21上，沿著1條線L於長度40 mm中每隔1 mm即進行ω掃描，藉此可得到在該線L上以1 mm間距排列的40個測量點PM 的（004）XRD搖擺曲線。在各測量點PM 的ω掃描中，使ω軸與線L垂直。換言之，以使X射線入射面與線L平行的方式，使X射線入射晶圓20。
晶圓20中，在第一主面21上沿著至少1條線進行此測量時，在所有測量點之間的（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值在20 arcsec以下。 該所有測量點之間的（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值可為18 arcsec以下，進一步可為16 arcsec以下，進一步可為14 arcsec以下，進一步可為12 arcsec以下，進一步可為10 arcsec以下。
再者，晶圓20的第一主面21上，分別沿著如第七圖例示之互相垂直的2條線L1 及L2 ，於長度40 mm中每隔1 mm即以上述條件進行ω掃描，藉此可在各線L1 、L2 上得到以1 mm間距排列的40個測量點的（004）XRD搖擺曲線。此情況中，在線L1 上的各測量點中的ω掃描中，使ω軸與線L1 垂直，在線L2 上的各測量點中的ω掃描中，使ω軸與線L2 垂直。
較佳例之中，在第一主面21上，分別沿著至少2條互相垂直的線進行此測量時，在各線上的所有測量點之間的（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值會在20 arcsec以下。亦即，該2條線中，一條的40個測量點之間的最大值與另一條的40個測量點之間的最大值皆會在20 arcsec以下。 各線上的所有測量點之間的（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值可為18 arcsec以下，進一步可為16 arcsec以下，進一步可為14 arcsec以下，進一步可為12 arcsec以下，進一步可為10 arcsec以下。
晶圓20的第一主面21上的差排密度較佳可為2×105 cm-2 以下，更佳為1×105 cm-2 以下，再佳為5×104 cm-2 以下。在差排密度的評估中，可將俯視晶圓20時與外周距離小於5 mm的部分排除。 2.4. 用途
晶圓20，可作為基板而較佳地用於製造各種氮化物半導體裝置。 氮化物半導體裝置，係裝置結構的主要部分由氮化物半導體所形成的半導體裝置。氮化物半導體，亦稱為氮化物系III-V族化合物半導體、III族氮化物系化合物半導體、GaN系半導體等，除了包含GaN以外，亦包含以其他週期表第13族元素（B、Al、In等）將GaN中部分或全部的鎵取代的化合物。 使用晶圓20製造所得到的氮化物半導體裝置的代表例，係發光二極體（LED）、雷射二極體（LD）等的發光裝置與整流器、雙極性電晶體、場效電晶體、高電子移動率電晶體（HEMT，High Electron Mobility Transistor）等的電子裝置，但不限於此等。
在製造氮化物半導體裝置時，在晶圓20的第一主面21上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長，形成具備半導體裝置結構的磊晶晶圓。作為磊晶成長法，較佳係例示為金屬有機氣相沈積（MOCVD）、分子束磊晶（MBE）、脈衝蒸鍍、濺鍍、HVPE等的氣相法，但不限於此等。 在執行了包含蝕刻加工、離子注入、賦予電極及保護膜等結構物等的半導體製程後，磊晶晶圓在因應需求進行薄化加工後進行分割，而成為氮化物半導體裝置晶片。該薄化加工中，晶圓20的第二主面22側被研削、研磨及/或蝕刻。
晶圓20僅由UID-GaN所構成時，通常不會在晶圓20的表面形成電極。一例中，使用僅由UID-GaN構成的晶圓20形成磊晶晶圓後，從該磊晶晶圓將晶圓20整個研削、研磨及/或蝕刻，藉此可將其去除。 晶圓20，如第五圖所示，在第一主面21側具有以ID-GaN形成之第一區域R1 、第二主面22側具有以UID-GaN形成之第二區域R2 時，於一例中，使用晶圓20形成磊晶晶圓後，藉由從晶圓20研削、研磨及/或蝕刻第二區域R2 而將其去除，而能夠在因此露出的第一區域R1 的表面上形成電極。 晶圓20僅由ID-GaN所構成時，於一例中，使用晶圓20形成磊晶晶圓後，可在晶圓20的第二主面22上形成電極。該電極的形成，可在磊晶晶圓的薄化步驟之後進行。
晶圓20，亦可作為構成雙層GaN晶圓之一部分的材料使用。 第八圖所示的雙層晶圓40，係雙層GaN晶圓的一例，其具有由晶圓20的至少一部所構成的底層Lb 與在晶圓20的Ga極性側的主面上磊晶成長的GaN所構成的表層Lf 。表層Lf 與底層Lb 之間存在再成長界面43。
雙層晶圓40，與晶圓20相同地，在氮化物半導體裝置的製造中，係預期作為基板使用。因此，其厚度與一般的GaN晶圓相同，直徑為約2英吋時，較佳為250~500μm，更佳為300~450μm，直徑為約4英吋時，較佳為400~800μm，更佳為500~650μm，直徑為約6英吋時，較佳為500~850μm，更佳為600~750μm。
表層Lf 的厚度較佳為相同，但並非必要。雙層晶圓40中，再成長界面43相對於Ga極性側的主面41傾斜時，表層Lf 的厚度沿著該傾斜方向變化。表層Lf 的最小厚度，亦即厚度最小之處的厚度至少為20 μm，較佳可為50 μm以上、75 μm以上、100 μm以上等。 雙層晶圓40的厚度超過300μm時，表層Lf 的最大厚度，亦即厚度最大之處的厚度較佳為300 μm以下，更佳為250 μm以下，再佳為200 μm以下。 表層Lf 的最大厚度與最小厚度的差為200 μm以下，較佳為100 μm以下，更佳為50 μm以下，再佳為25 μm以下，再更佳為10 μm以下。
表層Lf 中，從頂面至少距離5 μm以內的部分，包含於高載子濃度區域或載子補償區域。表層Lf 之頂面，換言之，係雙層晶圓40的Ga極性側的主面41。 較佳例中，在表層Lf 之中，從頂面距離Z以內的部分，包含於高載子濃度區域或載子補償區域。此處，只要不超過表層Lf 的最小厚度，則Z可為20 μm以上且小於50 μm、50 μm以上且小於100 μm、100 μm以上且小於150 μm、150 μm以上且250 μm以下等。
高載子濃度區域係載子濃度下限為1×1018 cm-3 以上的區域。高載子濃度區域，可為載子濃度下限為2×1018 cm-3 以上、3×1018 cm-3 以上、或4×1018 cm-3 以上的區域。 高載子濃度區域中添加的施體雜質，較佳為Si及Ge。 高載子濃度區域可為載子濃度下限為4×1018 cm-3 以上且施體雜質的總濃度下限為5×1018 atoms/cm3 以上、6×1018 atoms/cm3 以上或8×1018 atoms/cm3 以上的區域。 高載子濃度區域中的施體雜質的總濃度，為了避免結晶品質明顯降低，可為5×1019 atoms/cm3 以下，進一步可為2×1019 atoms/cm3 以下，進一步可為1×1019 atoms/cm3 以下。 高載子濃度區域中，載子濃度沿著c軸方向的變動，相較於中間值，較佳係在±25 %以內，更佳為±20 %以內，再佳為±15 %以內、再更佳為±10 %以內。難以測量載子濃度的情況，亦可以施體雜質的總濃度代替。
載子補償區域，係補償雜質的總濃度下限為2×1017 atoms/cm3 以上的區域。載子補償區域，可為補償雜質的總濃度下限為5×1017 atoms/cm3 以上、1×1018 atoms/cm3 以上、2×1018 atoms/cm3 以上或5×1018 atoms/cm3 以上的區域。 補償雜質，係在GaN結晶中具有補償n型載子之功能的雜質。較佳的補償雜質為C（碳）與過渡金屬元素，作為過渡金屬元素，較佳可例示Fe（鐵）、Mn（錳）、Co（鈷）、Cr（鉻）、V（釩）、Ni（鎳）、Cu（銅）等。 載子補償區域中的補償雜質的總濃度，為了避免結晶品質明顯降低，可為5×1019 atoms/cm3 以下，進一步可為2×1019 atoms/cm3 以下，進一步可為1×1019 atoms/cm3 以下。 載子補償區域中，補償雜質的總濃度沿著c軸方向的變動，相較於中間值，較佳為±25 %以內，更佳為±20 %以內，再佳為±15 %以內，再更佳為±10 %以內。
製造雙層晶圓40時，首先準備晶圓20，接著在晶圓20的Ga極性側的主面上使GaN層磊晶成長，而得到積層體。晶圓20較佳係僅以UID-GaN構成。 GaN層的成長方法並未限定，雖可為MOCVD，但較佳為HVPE。GaN層的成長厚度較佳為500 μm以下。藉由蓄意地對於GaN層的至少一部分進行摻雜，可設置高載子濃度區域或載子補償區域。 可因應需求設置薄化步驟，以將由GaN層的成長所得之積層體薄化。薄化步驟中，將晶圓20的N極性側與GaN層的Ga極性側任一者或兩者研削、研磨及/或蝕刻。
雙層晶圓40中，可僅在表層Lf 具有蓄意摻雜的高載子濃度區域或載子補償區域，其作為用以製造氮化物半導體裝置之基板的功能，並不比整體蓄意摻雜的GaN晶圓差。這是因為一般在氮化物半導體裝置的製造過程中包含磊晶晶圓的薄化步驟，而作為基板使用的GaN晶圓在此步驟中從背面側被加工，其中絕大部分被去除。 雙層晶圓40中，為了在氮化物半導體裝置的製造過程中底層Lb 即使完全被去除，而剩餘的表層Lf 仍可作為支撐氮化物半導體裝置晶片之結構的基板而發揮功能，該表層Lf 的最小厚度至少為20 μm，較佳為50 μm以上。
除了上述以外，晶圓20，亦可在使用HVPE、THVPE（Tri-Halide Vapor Phase Epitaxy，三鹵化物汽相磊晶）、OVPE（Oxide Vapor Phase Epitaxy，氧化物汽相磊晶）、氨熱法，Na助熔劑法、其他各種的方法使塊體GaN結晶成長時，作為晶種晶圓使用。晶圓20中僅以UID-GaN形成者特別適合該用途。 3. GaN結晶的成長方法
以下說明實施態樣之n型GaN結晶或GaN晶圓的製造中，或是實施態樣之GaN晶圓的製造方法中可較佳使用的GaN結晶的成長方法。 3.1. HVPE裝置 實施態樣之n型GaN結晶或GaN晶圓的製造中、或實施態樣之GaN晶圓的製造方法中可使用之HVPE裝置的基本構成顯示於第九圖。 若參照第九圖，HVPE裝置100具備：熱壁型的反應器101、配置於該反應器內的鎵儲存槽102及載台103、配置於該反應器外部的第一加熱器104及第二加熱器105。第一加熱器104及第二加熱器105，分別環狀地圍住反應器101。
反應器101為石英管腔體。反應器101內，具有主要以第一加熱器104加熱的第一區域Z1 、主要以第二加熱器105加熱的第二區域Z2 。排氣管PE 連接於第二區域Z2 側的反應器端。 配置於第一區域Z1 的鎵儲存槽102，係具有氣體入口與氣體出口的石英容器。 配置於第二區域Z2 的載台103，例如係以石墨形成。可隨意設置使載台103旋轉的機構。
載台103上配置有晶種。 較佳係如第十（a）圖所示，在載台上與晶種一起配置將晶種邊緣圍住的邊緣遮罩。 邊緣遮罩例如係以石墨形成，其高度h，如第十（b）圖所示，係以在晶種上成長的GaN厚膜之頂面的位置，在其成長結束時不會高於邊緣遮罩之上端的方式設定。 邊緣遮罩，如第十一圖所示，除了晶種的邊緣以外，亦可覆蓋晶種之主面的外周部。
在大面積晶種上使GaN結晶厚膜成長時，邊緣遮罩發揮重要的功能。 本案發明人等的經驗中，在使用直徑2英吋的圓形GaN晶圓作為晶種時，為了避免晶圓所切出之厚度的GaN層破裂而使其成長，必須使用邊緣遮罩。 另一方面，在將面積大於直徑2英吋的圓但具有矩形主面的GaN晶圓作為晶種時，即使無邊緣遮罩，亦可在避免晶圓所切出之厚度的GaN膜破裂的情況下使其成長。然而，在無邊緣遮罩的情況下成長的GaN厚膜其表面形態不佳，沿著外緣形成在c軸方向上突出的隆起，而在該隆起的內側壁面密集產生大型的凹槽，此外在該隆起的表面亦觀察到微細的裂縫。若沿著c面將該GaN厚膜切開，則會產生從邊緣往中央部延伸的裂縫，而無法取得預期的晶圓。
再次回到第九圖，在使GaN結晶成長時，以第一加熱器104及第二加熱器105將反應器101內加熱的同時，將以載子氣體稀釋的NH3 （氨）通過氨導入管P1 而供給至第二區域Z2 ，又，將以載子氣體稀釋的HCl（氯化氫）通過氯化氫導入管P2 而供給至鎵儲存槽102。該HCl與鎵儲存槽102之中的金屬鎵反應，產生的GaCl（氯化鎵）通過氯化鎵導入管P3 被送往第二區域Z2 。在第二區域Z2 中，NH3 與GaCl反應，產生的GaN在放置於載台103上的晶種上進行結晶化。
以雜質對於在晶種上成長的GaN結晶進行摻雜時，將以載子氣體稀釋的摻雜氣體通過摻雜物導入管P4 導入反應器101內的第二區域Z2 。 氨導入管P1 、氯化氫導入管P2 、氯化鎵導入管P3 及摻雜物導入管P4 ，配置於反應器101內的部分可由石英形成。
第九圖中，就氨導入管P1 與氯化鎵導入管P3 而言，從噴嘴至載台103的距離相同，但並未限定，亦可在比氯化鎵導入管P3 的噴嘴更遠離載台103的位置（上游側），使氨導入管P1 的噴嘴開口。 或是可使第九圖中獨立的氨導入管P1 的噴嘴與氯化鎵導入管P3 的噴嘴一體化，亦可為前者為外管、後者為內管的雙重管噴嘴。
第九圖中，雖分開描繪氯化鎵導入管P3 與摻雜物導入管P4 的噴嘴，但並無限定。例如，為了對於欲進行成長的GaN結晶均勻地進行摻雜，亦可使摻雜物導入管P4 的噴嘴在氯化鎵導入管P3 內開口，以在將GaCl與摻雜氣體混合後再通過共通的噴嘴釋出至第二區域Z2 內。
在對於欲進行成長的GaN結晶摻雜Si時，摻雜氣體較佳係使用SiH4 （矽烷）、SiH3 Cl（單氯矽烷）、SiH2 Cl2 （二氯矽烷）、SiHCl3 （三氯矽烷）或SiCl4 （四氯矽烷）。 在對於欲進行成長的GaN結晶摻雜Ge時，摻雜氣體較佳可使用GeH4 （鍺烷）、GeH3 Cl（一氯鍺烷）、GeH2 Cl2 （二氯鍺烷）、GeHCl3 （三氯鍺烷）或GeCl4 （四氯化鍺）。 欲進行成長的GaN結晶，儘管非蓄意地摻雜，仍會含有O及Si。非蓄意摻雜的Si應該是源自構成反應器或配管的石英，而非蓄意摻雜的O則應該是來自該石英與從外部侵入反應器內之水分的任一者或兩者。
包含第九圖中省略的零件，配置於反應器101內的零件，除了石英與碳以外，可使用以SiC（碳化矽）、SiNx （氮化矽）、BN（氮化硼）、氧化鋁、W（鎢）、Mo（鉬）等形成的零件。如此，在晶種上成長的GaN結晶中，除了Si、O及H以外，各雜質的濃度，只要不蓄意摻雜，皆可在5×1015 atoms/cm3 以下。 3.2. 晶種
實施態樣之n型GaN結晶或GaN晶圓的成長中所使用之晶種的較佳例，係使用NH4 F與NH4 I作為礦化劑而以酸性氨熱法成長的c面GaN晶圓，關於其製造方法，可參照前述的專利文獻1（WO2018/030311A1）。 儘管該c面GaN晶圓偶爾會具有1018 atoms/cm3 等級中段以上的氧濃度，仍可在幾乎不發生應變的情況下以HVPE在其Ga極性側的主面上使氧濃度為3×1016 atoms/cm3 以下的GaN結晶成長。 （0001）結晶面相對於該主面的傾斜，較佳係在0度至1度，更佳為0度至0.5度的範圍內。 3.3. 成長條件
在晶種上以HVPE使GaN結晶成長時的較佳條件如下。 鎵儲存槽的溫度為例如500~1000 ℃，較佳為700 ℃以上，又較佳為900 ℃以下。 載台溫度為例如900~1100 ℃，較佳為930 ℃以上，更佳為950 ℃以上，又較佳為1050 ℃以下，更佳為1020 ℃以下。
反應器內的NH3 分壓與GaCl分壓的比，即V/III比，可為例如1~20，但較佳為2以上，更佳為3以上，又較佳為10以下。 V/III比太大或太小皆會成為欲進行成長之GaN的表面形態惡化的原因。表面形態的惡化，會成為結晶品質降低及不經意混入GaN結晶的氧濃度變高的原因。
根據雜質，混入GaN結晶的效率有時與在成長中的GaN表面露出的刻面（facet）的方位密切相依。成長中的表面形態不佳的GaN結晶的內部中，該雜質濃度的均勻性低，這是因為在表面形態不佳的表面存在各種方位的刻面所導致。 這種雜質的典型例子為O（氧），但本案發明人等發現Ge（鍺）亦具有相同的傾向。如後所述，蓄意地摻雜Ge使GaN結晶成長時，較佳係不要過度降低載子氣體中的H2 之莫耳比，這也與此有關。
其他，若使用太低的V/III比，則會導致欲進行成長的GaN結晶的氮空孔濃度增加。氮空孔對於GaN晶圓或GaN晶圓上形成之氮化物半導體裝置的影響目前雖未明，但因為其為點缺陷，而認為應該盡量降低其濃度。
GaN結晶的成長速率，可以反應器內的NH3 分壓與GaCl分壓的乘積作為參數而進行控制。該速率為例如20~200 μm/h，較佳為30 μm/h以上，更佳為40 μm/h以上，又，較佳為120 μm/h以下，更佳為100 μm/h以下，再佳為80 μm/h以下。 本案發明人等發現，在以酸性氨熱法成長的GaN結晶所構成的高結晶品質之晶種上，以HVPE使GaN結晶成長時，若成長速率太低，則會發生在成長表面形成局部停止成長的區域這樣的問題。
採用20 μm/h~50 μm/h這種低成長速率時，可較佳地防止在以酸性氨熱法成長的GaN結晶所構成的晶種、與在該晶種上以HVPE成長的GaN結晶的界面產生新的線差排。 為了提升生產效率，亦可在成長的途中提升成長速率。根據本案發明人等所進行的實驗，暗示了在使最初的成長速率為40 μm/h，並在途中使成長速率上升至80 μm/h或120 μm/h時，以80 μm/h成長的GaN結晶的線差排密度，與以酸性氨熱法成長之GaN結晶所構成的晶種並無不同，而在以120 μm/h成長的GaN結晶中，線差排密度為該晶種的約2倍。 提升成長速率時，應在欲進行成長的GaN結晶的表面形態不會變差的範圍內進行。針對表面形態變差所產生的問題如前所述。
分別將NH3 、HCl及摻雜氣體稀釋的載子氣體中，可較佳地使用H2 （氫氣）、N2 （氮氣）或H2 與N2 的混合氣體。 載子氣體中的H2 之莫耳比，會影響欲進行成長之GaN結晶的雜質濃度。另外，此處所指的載子氣體中的H2 之莫耳比，係根據從反應器外供給至反應器內以作為載子氣體的各種氣體之流量而算出。
作為參考，調查在從在藍寶石基板上以HVPE成長的GaN結晶切出的c面GaN晶圓的Ga極性面上，使用相同V/III比，以約略相同的成長速率，藉由HVPE成長的摻雜Si之GaN與摻雜Ge之GaN的雜質濃度，因為載子氣體中的H2 之莫耳比而會有多少變化，結果顯示於下述表1。使用的摻雜氣體，在Si摻雜之中為SiH2 Cl2 ，在Ge摻雜中為GeCl4 。
[表1]
Figure 108126120-A0304-0001
從表1可得知，摻雜Si之GaN結晶的O濃度，在載子氣體之H2 之莫耳比為0（零）時，可為Si濃度的10 %以下。Si以外的施體雜質實質上只有O，因此這相當於Si以外之施體雜質的總濃度為Si濃度的10 %以下。若提升載子氣體中的H2 之莫耳比，摻雜Si之GaN的O濃度變得更低，該莫耳比為0.7時，則會小於Si濃度的1 %。
另一方面，摻雜Ge的GaN結晶中，載子氣體中的H2 之莫耳比為0（零）時，相較於該莫耳比為0.7時，Ge濃度高出10倍以上，又，Ge濃度相對於Si濃度的比亦高。因此，乍看之下載子氣體中的H2 之莫耳比低者較佳，但未必是如此。 載子氣體中的H2 之莫耳比為0（零）時，相較於該莫耳比為0.7時，O濃度亦高出1個位數，本案發明人等由此點確認在該莫耳比為0時，亦成為成長中的GaN之表面形態差、Ge濃度高的原因。 因為O與Ge皆為施體雜質，因此在以載子氣體中的H2 之莫耳比太低的條件成長的GaN結晶中，會發生載子濃度的均勻性降低這樣的問題。 因此，摻雜Ge時載子氣體中的H2 之莫耳比較佳為0.3~0.7左右。在此條件下成長的摻雜Ge之GaN結晶中，Ge濃度為1×1018 atoms/cm3 以上時，Si濃度成為4×1017 atoms/cm3 以上。
在摻雜Si與Ge任一者時，若提升載子氣體中的H2 之莫耳比，以HVPE成長的GaN結晶的O濃度皆具有降低的傾向，其成為2×1016 atoms/cm3 以下，進一步可為1×1016 atoms/cm3 以下。這被認為是因為成長中的GaN結晶的表面形態經改善。 作為晶種使用的c面GaN晶圓的結晶品質，亦會影響成長於其上的GaN結晶的表面形態。在品質高的晶種上，可成長出O濃度更低的GaN結晶。 在晶種上使GaN結晶成長時，摻雜氣體可從最初即開始供給，但較佳係在GaN層的成長厚度至少達到10 μm再開始供給。又，開始供給摻雜氣體後，較佳係花費數分鐘至數十分鐘使供給速率逐漸增加至既定值。 4. 實驗結果
以下記載本案發明人等所進行之實驗。 實驗中，在以氨熱法進行GaN結晶的成長中，係使用基本構成如第十二圖所示的結晶成長裝置。該結晶成長裝置，具備高壓釜與設於其中的Pt-Ir合金製的腔室。腔室內部具有以Pt製的擋板彼此隔開的溶解區域及成長區域。使GaN結晶成長時，溶解區域中同時放置有原料與礦化劑（圖中未顯示），而在成長區域中，係以Pt線懸吊晶種。 與真空泵、氨氣鋼瓶及氮氣鋼瓶連接的氣體線，透過閥來與高壓釜及腔室連接。在使NH3 （氨）進入腔室時，可以質量流量計確認從氨鋼瓶所供給之NH3 的量。
因應進入腔室的NH3 的量，決定將腔室加熱至既定溫度時腔室內的壓力。為了平衡腔室內側與外側的壓力，不僅在腔室內，亦在高壓釜與腔室之間的空間中封入NH3 。 設置晶種、原料及礦化劑，並且在NH3 的導入完成後，將腔室密封，以使內部成為超臨界狀態的方式，從高壓釜的外側以加熱器（圖中未顯示）加熱。為了在溶解區域與成長區域之間設置溫度梯度，而以複數的加熱器分別將高壓釜的上部與下部加熱。 4.1. 實驗1 （1）晶種的準備
首先，準備使用NH4 F及NH4 I作為礦化劑的氨熱法進行成長、厚度0.4 mm的第一c面GaN晶圓。 在該第一c面GaN晶圓中經過鏡面拋光的N極性面上，使用掀離（lift-off）法，形成在厚度100 nm的TiW底層上積層厚度100 nm之Pt表面層的雙層結構濺鍍膜所構成之條紋圖案的選擇成長遮罩。該選擇成長遮罩中設置的線狀開口的線寬度為50 μm，線狀開口間之間距為2 mm。條紋方向與構成該晶圓的GaN結晶之a面平行。
將在N極性面上形成此選擇成長遮罩的第一c面GaN晶圓作為晶種使用，以氨熱法使GaN結晶成長。 氨熱步驟中，使用多晶GaN作為原料，並且使用NH4 F及NH4 I作為礦化劑。 該多晶GaN係以在加熱下使單體Ga與HCl氣體接觸而產生氣體GaCl，再使該氣體GaCl與NH3 氣體反應的方法而製造。 礦化劑的加入量，針對NH4 F及NH4 I，以與NH3 溶劑相對之莫耳比計，分別為1.0 %。NH4 I礦化劑，係在作為反應容器的Pt-Ir腔室內，藉由使HI（碘化氫）氣體與NH3 反應而合成。
在氨熱步驟中，溶解區域的溫度T1 與成長區域的溫度T2 的平均值為600 ℃至620 ℃之間，兩區域間的溫度差T1 -T2 （T1 ＞T2 ）係從5 ℃至10 ℃之間，腔室內壓力為200 MPa至230 MPa之間。此條件維持30天以上。在第一c面GaN晶圓的N極性面上，如第十三圖所示，以使GaN結晶成為層狀的方式進行成長，其厚度t為3 mm。在與選擇成長遮罩鄰接之部分形成孔洞，該孔洞的高度h，亦即從選擇成長遮罩之頂面至孔洞上端的距離，在0.5 mm至1 mm之間。此處註記，雖GaN結晶亦在第一c面GaN晶圓的Ga極性面上成長，但第十三圖中省略圖示。
接著，將已成長的GaN結晶層加工，形成厚度0.4 mm的第二c面GaN晶圓。第二c面GaN晶圓的Ga極性面，在以研削進行鏡面平坦化後，為了去除損傷層而以CMP加工。 若對於以與該第二c面GaN晶圓相同方法製作的c面GaN晶圓測量（004）XRD搖擺曲線的半高全寬，則得到小於10 arcsec的值。 （2）摻雜Ge之c面GaN晶圓的製作
使用將上述第二c面GaN晶圓分割而成的、Ga極性面的面積約7 cm2 且厚度為0.4 mm的c面GaN晶圓作為晶種，在其Ga極性面上，使用具備與第九圖所示之HVPE裝置共通之基本構成的氣相成長裝置，以HVPE使GaN厚膜成長。其程序大致記載如下。 首先，在載台上設置晶種。不使用邊緣遮罩。 接著，一邊以使N2 、H2 及NH3 的分壓分別為0.25 atm、0.73 atm及0.02 atm的方式將其供給至反應器內，一邊藉由設於反應器外側的加熱器將反應器加熱。
載台溫度到達1002 ℃後，將載台溫度保持定值，使GaN成長。Ga儲存槽的溫度設為800 ℃。供給至反應器內的載子氣體，以莫耳比計，使H2 為69 %，而剩餘部分為N2 。 在成長開始之後的60分鐘內，以使GaCl及NH3 的分壓分別為7.7×10-3 atm及2.3×10-2 atm的方式將其供給至反應器內，並且不蓄意供給摻雜氣體。
成長開始60分鐘後，開始對反應器內供給GeCl4 （四氯化鍺）。花費5分鐘逐漸增加GeCl4 的供給速率。 GeCl4 的供給速率到達既定值後，以使GaCl、NH3 及GeCl4 的分壓分別為7.7×10-3 atm、2.3×10-2 atm及1.7×10-7 atm的方式將其供給至反應器內，使摻雜Ge的GaN厚膜成長約2.7 mm。 從厚度與成長時間算出的摻雜Ge之GaN厚膜的成長速率約為33 μm/min。
接著，與c面平行地切開該摻雜Ge之GaN厚膜，對於所得之晶圓的Ga極性面，實施以研削所進行的平坦化，之後進行CMP加工。以蝕刻去除該晶圓的N極性面側的切割損傷。再者，藉由裁切晶圓，完成厚度335 μm、主面的面積約7 cm2 的摻雜Ge之c面GaN晶圓（以下亦稱為「樣本E-1」）。 （3）評估 ＜（004）XRD搖擺曲線FWHM＞
在Ga極性面上從邊緣離開的位置上，進行樣本E-1的（004）XRD搖擺曲線測量。 在測量中，以45 kV、40 mA使X射線繞射裝置［Spectris (股)製 PANalytical X’Pert Pro MRD］所具備的線聚焦CuKα射線源運作，使用Ge（440）4結晶對稱單色儀，得到CuKα1 線。使用之光學系統為平行光學系統，在入射側使用1/2狹縫、X射線鏡及w1mm×h1mm的十字狹縫。檢測器係使用半導體像素檢測器PIXcel3D （註冊商標）的0D模式。角解析度（Angular resolution）為5~6 arcsec。
X射線的光束尺寸，在使入射角為90°時，亦即使X射線垂直入射試片基板的Ga極性面時，該Ga極性面上的照射區域的尺寸，係針對與ω軸平行的方向設定為5 mm，針對與ω軸垂直的方向設定為1 mm。 搖擺曲線測量中，從與GaN結晶的a軸垂直的方向將X射線射入試片。換言之，使X射線的入射面與GaN結晶的a面平行。（004）XRD搖擺曲線的FWHM為8.5 arcsec。 ＜電特性＞
樣本E-1的室溫電阻率與由霍爾測量所求得之室溫的載子濃度及載子移動度，分別為0.012 Ω･cm、1.5×1018 cm-3 及347 cm2 /V･s。 ＜雜質濃度＞
以動態二次離子質譜術（SIMS，secondary ion mass spectrometry）測量樣本E-1的雜質濃度，結果Ge濃度為1.4×1018 atoms/cm3 、Si濃度為7.0×1017 atoms/cm3 、O濃度為6.8×1015 atoms/cm3 ，H、Cl及C的濃度低於檢測下限。 該SIMS測量中的檢測下限濃度，Ge為1×1015 atoms/cm3 ，Si為5×1014 atoms/cm3 ，O為4×1015 atoms/cm3 ，H（氫）為2×1016 atoms/cm3 ，Cl（氯）為1×1014 atoms/cm3 ，C（碳）為3×1015 atoms/cm3 。 4.2. 實驗2
作為晶種，係由下述GaN結晶所製作：該GaN結晶，係使用NH4 F與NH4 I作為礦化劑，以氨熱法使具有與實驗1中所製作之第二c面GaN晶圓相同之結晶品質、Ga極性面的面積約為6 cm2 且厚度0.4 mm的c面GaN晶圓成長而得。在該晶種的Ga極性面上，使用與實驗1中所使用者相同的氣相成長裝置，以HVPE使GaN厚膜成長。程序大致如下所述。 首先，在氣相成長裝置的載台上設置晶種。不使用邊緣遮罩。 接著，一邊以使N2 、H2 及NH3 的分壓分別為0.67 atm、0.31 atm及0.02 atm的方式將其供給至反應器內，一邊以設於反應器外側的加熱器將反應器內加熱。
載台溫度到達1000 ℃後，使載台溫度保持一定，而使GaN成長。Ga儲存槽的溫度設定為900 ℃。成長時供給至反應器內的載子氣體，以莫耳比計，H2 為69 %，而剩餘部分為N2 。 成長開始後60分鐘內，以使GaCl及NH3 的分壓分別為7.9×10-3 atm及2.4×10-2 atm的方式將其供給至反應器內，不蓄意供給摻雜氣體。
成長開始60分鐘後，開始對反應器內供給SiH2 Cl2 。花費5分鐘逐漸增加SiH2 Cl2 的供給速率。 SiH2 Cl2 的供給速率到達既定值後，以使GaCl、NH3 及SiH2 Cl2 的分壓分別為7.9×10-3 atm、2.4×10-2 atm及1.9×10-8 atm的方式將其供給至反應器內，使摻雜Si的GaN厚膜成長約2.38 mm。 從厚度與成長時間算出的摻雜Si之GaN厚膜的成長速率為40 μm/h。
接著，與c面平行地切割該摻雜Si之GaN厚膜，對於所得之晶圓的Ga極性面，實施以研削所進行之平坦化，之後進行CMP加工。以蝕刻去除該晶圓的N極性面側的切割損傷。再者，藉由裁切晶圓，完成厚度335 μm、主面的面積約6 cm2 的摻雜Si之c面GaN晶圓（以下亦稱為「樣本E-2」）。
在Ga極性面上從邊緣離開的位置，與實驗1相同地進行樣本E-2的（004）XRD搖擺曲線測量，結果其FWHM為10.0 arcsec。 樣本E-2的室溫電阻率、以霍爾測量求得之室溫中的載子濃度及載子移動度分別為0.013 Ω･cm、1.3×1018 cm-3 及391 cm2 /V･s。
以動態SIMS測量樣本E-2的雜質濃度，結果Si濃度為1.4×1018 atoms/cm3 ，而O（氧）、H（氫）、Cl（氯）及C（碳）的濃度低於檢測下限。該SIMS測量中的檢測下限濃度，Si為5×1014 atoms/cm3 ，O為4×1015 atoms/cm3 ，H為2×1016 atoms/cm3 ，Cl為1×1014 atoms/cm3 ，C為3×1015 atoms/cm3 。 樣本E-2中，Si以外之施體雜質的總濃度低於Si濃度的1 %，載子濃度為Si濃度的93 %。 4.3. 實驗3
作為晶種，係由下述GaN結晶製作：該GaN結晶，係使用NH4 F與NH4 I作為礦化劑，以氨熱法使具有與實驗1中製作之第二c面GaN晶圓相同結晶品質、Ga極性面的面積約33 cm2 且厚度0.4 mm的c面GaN晶圓成長而得。在該晶種的Ga極性面上，使用與實驗1中所使用者同型的氣相成長裝置，以HVPE使GaN厚膜成長。程序大致如下所記載。 首先，在氣相成長裝置的載台上設置晶種，並且以高度6 mm的石墨製邊緣遮罩圍住晶種的周圍。邊緣遮罩與晶種的邊緣密合。
接著，一邊以使N2 、H2 及NH3 的分壓分別為0.73 atm、0.24 atm及0.024 atm的方式將其供給至反應器內，一邊以設於反應器外側的加熱器將反應器內加熱。 載台溫度到達1000 ℃後，使載台溫度保持一定，而使GaN成長。Ga舟的溫度設定為900 ℃。成長時供給至反應器內的載子氣體，以莫耳比計，H2 為75 %，剩餘部分為N2 。
成長開始後60分鐘內，以使GaCl及NH3 的分壓分別為7.9×10-3 atm及2.4×10-2 atm的方式將其供給至反應器內，不蓄意供給摻雜氣體。 成長開始60分鐘後，開始對反應器內供給SiH2 Cl2 。花費5分鐘逐漸增加SiH2 Cl2 的供給速率。 SiH2 Cl2 的供給速率到達既定值後，以使GaCl、NH3 及SiH2 Cl2 的分壓分別為7.9×10-3 atm、2.4×10-2 atm及1.6×10-3 atm的方式將其供給至反應器內，使摻雜Si的GaN厚膜成長約2 mm。 從厚度與成長時間算出的摻雜Si之GaN厚膜的成長速率為35 μm/h。
接著，與c面平行地切割已成長的GaN厚膜，對於所得之晶圓的Ga極性面，實施以研削所進行之平坦化，之後進行CMP加工。以蝕刻去除該晶圓的N極性面側的切割損傷。再者，藉由裁切晶圓，完成厚度360 μm、主面的面積約30 cm2 的摻雜Si之c面GaN基板（以下亦稱為「樣本E-3」）。
在樣本E-3的Ga極性面側測量（004）XRD搖擺曲線。 首先，沿著通過Ga極性面的略中央而與m軸垂直的1條線，於長度40 mm中每隔1 mm即進行ω掃描，藉此得到在該線上以1 mm間距排列的40個測量點的（004）XRD搖擺曲線。從與GaN結晶的m軸垂直的方向將X射線射入試片，除此之外，各測量點中的測量條件與實驗1相同。 40個測量點之間的（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為19.3 arcsec，平均值為10.5 arcsec。
接著，沿著通過Ga極性面的略中央而與a軸垂直的1條線，於長度40 mm中每隔1 mm即進行ω掃描，藉此得到在該線上以1 mm間距排列的40個測量點的（004）XRD搖擺曲線。各測量點中的測量條件與實驗1相同。 40個測量點之間的（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為16.2 arcsec，平均值為10.4 arcsec。 在Ga極性面之中央測量的樣本E-3的載子濃度為1.5×1018 cm-3 。 4.4. 實驗4
作為晶種，係由下述GaN結晶製作：該GaN結晶，係使用NH4 F與NH4 I作為礦化劑，以氨熱法使具有與實驗1中製作的第二c面GaN晶圓相同的結晶品質、Ga極性面的面積約32 cm2 且厚度0.56 mm的c面GaN晶圓成長而得。在該晶種的Ga極性面上，使用實驗1中所使用者同型的氣相成長裝置，以HVPE使GaN厚膜成長。程序大致如下所記載。 首先，在氣相成長裝置的載台上設置晶種，並且以高度4 mm的石墨製邊緣遮罩覆蓋晶種的邊緣及Ga極性面的外周部。
接著，一邊以使N2 、H2 及NH3 的分壓分別為0.30 atm、0.65 atm及0.052 atm的方式將其供給至反應器內，一邊以設於反應器外側的加熱器將反應器內加熱。 在載台溫度到達960 ℃時，開始GaN的成長。從成長開始10分鐘後，開始對於反應器內供給SiH2 Cl2 。花費30分鐘逐漸增加SiH2 Cl2 的供給速率。
成長開始後到經過3小時為止的成長條件，係鎵儲存槽溫度800 ℃、載台溫度960 ℃、GaCl分壓6.0×10-3 atm、NH3 分壓4.1×10-2 atm、SiH2 Cl2 分壓2.1×10-8 atm。3小時過後，將載台溫度上升至998 ℃。供給至反應器內的載子氣體，以莫耳比計，H2 為40 %，剩餘部分為N2 。 如此，使摻雜Si的GaN厚膜成長約2.2 mm的厚度。成長速率為37 μm/h。
接著，與c面平行地切割已成長的GaN厚膜，對於所得之晶圓的Ga極性面，實施以研削所進行之平坦化，之後進行CMP加工。以蝕刻去除該晶圓的N極性面側的切割損傷。再者，藉由裁切晶圓，完成厚度400 μm、主面的面積約16 cm2 的c面GaN晶圓（以下亦稱為「樣本E-4」）。
在樣本E-4的Ga極性面側測量（004）XRD搖擺曲線。 沿著通過Ga極性面之中央而與m軸垂直的1條線，於長度40 mm中每隔1 mm即進行ω掃描，藉此得到在該線上以1 mm間距排列的40個測量點的（004）XRD搖擺曲線。從與GaN結晶的m軸垂直的方向將X射線射入試片，除此之外，各測量點中的測量條件與實驗1相同。 40個測量點之間的（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為17.8 arcsec，平均值為11.2 arcsec。
Ga極性面之中央測量的樣本E-4的載子濃度為1.5×1018 cm-3 。 增加SiH2 Cl2 的供給量，除此之外，使用與使樣本E-4成長時約略相同的條件，可使結晶品質與樣本E-4相同、Ga極性面之中央的載子濃度為2.8×1018 cm-3 的c面GaN基板成長。 4.5. 實驗5
作為晶種，係由下述GaN結晶製作：該GaN結晶，係使用NH4 F與NH4 I作為礦化劑，以氨熱法使具有與實驗1中製作的第二c面GaN晶圓相同的結晶品質、Ga極性面的面積約33.8 cm2 且厚度0.55 mm的c面GaN晶圓成長而得。在該晶種的Ga極性面上，使用與實驗1中所使用者同型的氣相成長裝置，以HVPE使GaN厚膜成長。程序大致如下所記載。 首先，在氣相成長裝置的載台上設置晶種，並且以高度4 mm的石墨製邊緣遮罩覆蓋晶種的邊緣及Ga極性面的外周部。
接著，一邊以使N2 、H2 及NH3 的分壓分別為0.30 atm、0.65 atm及0.052 atm的方式將其供給至反應器內，一邊以設於反應器外側的加熱器將反應器內加熱。 載台溫度到達1005 ℃時，開始GaN的成長。成長條件，係鎵儲存槽溫度800 ℃、載台溫度1005℃、GaCl分壓9.0×10-3 atm、NH3 分壓4.1×10-2 atm，供給至反應器內的載子氣體，以莫耳比計，H2 為38 %，剩餘部分為N2 。
再者，成長開始5小時後，開始對反應器內供給GeCl4 。花費30分鐘將GeCl4 分壓逐漸增加至1.9×10-7 atm，之後使其為定值。 如此，使摻雜Ge的GaN厚膜成長約3 mm的厚度。成長速率為47 μm/h。
接著，與c面平行地切割已成長的GaN厚膜，對於所得之晶圓的Ga極性面，實施以研削所進行之平坦化，之後進行CMP加工。以蝕刻去除該晶圓的N極性面側的切割損傷。再者，藉由裁切晶圓，完成厚度400 μm、主面的面積約19.5 cm2 的c面GaN晶圓（以下亦稱為「樣本E-5」）。
在樣本E-5的Ga極性面側測量（004）XRD搖擺曲線。 首先，沿著通過Ga極性面之中央而與m軸垂直的1條線，於長度40 mm中每隔1 mm即進行ω掃描，藉此得到在該線上以1 mm間距排列的40個測量點的（004）XRD搖擺曲線。從與GaN結晶的m軸垂直的方向將X射線射入試片，除此之外，各測量點中的測量條件與實驗1相同。 40個測量點之間的（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為9.4 arcsec，平均值為7.5 arcsec。
接著，沿著通過Ga極性面的略中央而與a軸垂直的1條線，於長度40 mm中每隔1 mm即進行ω掃描，藉此得到在該線上以1 mm間距排列的40個測量點的（004）XRD搖擺曲線。各測量點中的測量條件與實驗1相同。 在40個測量點之間的（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為11.0 arcsec，平均值為7.9 arcsec。 Ga極性面之中央測量的樣本E-5的載子濃度為4.9×1018 cm-3 。
再者，使用光致發光（PL，Photoluminescence）成像裝置［PHOTON Design(股)製PLI-200］，計算樣本E-5之Ga極性面上的多個測量點中，在230 μm×230 μm的正方形區域內觀察到的PL影像中的暗點數量。以水銀燈為激發源、以激發波長313 nm、檢測波長365±5 nm這樣的條件取得PL影像。檢測器為2048×2048像素的CMOS相機，因此像素解析能力約為0.11 μm。 複數的測量點，係位於一邊2.88 mm之正方形格子的格點，其數量為381個。 381個測量點之間的暗點密度平均為3.3×104 cm-2 ，未觀察到暗點的測量點數量高達整體的54 %。算出平均值時，未觀察到暗點之測量點中的暗點密度為0 cm-2 ，僅觀察到1個暗點的測量點中的差排密度，在每230×230 μm2 中為1個，因此為1.9×103 cm-2 。 在以PL成像測量上述的暗點密度之後，以加熱至270 ℃的濃度89 %的硫酸將樣本E-5蝕刻1小時，在其Ga極性面上形成的蝕刻凹槽與PL影像的暗點1對1對應。本案發明人等另外確認以該方法所形成之蝕刻凹槽，亦與陰極發光影像中出現的暗點1對1對應。
在從上述的摻雜Ge之厚度約3 mm的GaN厚膜同時切割出樣本E-5，經過與樣本E-5相同的加工而完成的厚度400 μm、主面的面積約20 cm2 的c面GaN晶圓中的主平面中，調查切割角的變動。選擇與a面之一平行的方向作為x方向，並使與x方向垂直的方向為y方向，此時在通過Ga極性面之中心而在x方向上延伸的長度4 cm的線上，切割角之x方向分量的變動幅度為0.04度（中間值±0.02度），在通過Ga極性面之中心而在y方向上延伸的長度4 cm的線上，切割角之y方向分量的變動幅度為0.06度（中間值±0.03度）。 4.6. 實驗6
作為晶種，係由下述GaN結晶製作：該GaN結晶，係使用NH4 F與NH4 I作為礦化劑，以氨熱法使具有與實驗1中製作的第二c面GaN晶圓相同結晶品質的c面GaN晶圓成長而得。該晶種的Ga極性主面上，使用與實驗1中使用者同型的氣相成長裝置，以不同的條件，以HVPE使GaN結晶成長，藉此製作樣本E-6a~E-6e。
以HVPE使GaN結晶成長時，載台溫度約1000 ℃，Ga儲存槽的溫度為800 ℃，供給至反應器內的載子氣體中，以莫耳比計，H2 為69 %，剩餘部分為N2 。 關於樣本E-6a~E-6e的任一者，晶種上最初成長的第一層，皆係以成長速率約40 μm/h所形成。
樣本E-6a係僅使第一層在晶種上成長。 樣本E-6b，係在第一層的成長後，接著以成長速率80 μm/h使厚度40 μm的第二層成長，藉此進行製作。 樣本E-6c，係在第一層的成長後，接著以成長速率120 μm/h使厚度40 μm的第二層成長，藉此進行製作。 樣本E-6d，係在第一層的成長後，接著使用SiH2 Cl2 （二氯矽烷），使摻雜Si的厚度21 μm的第二層成長，藉此進行製作。 樣本E-6e，係在第一層的成長後，接著使用GeCl4 （四氯化鍺），使摻雜Ge的厚度21 μm的第二層成長，藉此進行製作。
製作各樣本時以HVPE進行GaN結晶的成長條件如下表2所示。
[表2]
Figure 108126120-A0304-0002
樣本E-6a~E-6e的任一者中，在晶種上以HVPE成長的GaN結晶之頂面，在肉眼觀察下為鏡面平坦。 以螢光顯微鏡觀察樣本E-6d及E-6e的剖面時，第一層與第二層之界面的平坦性良好。 以拉曼分光法評估樣本E-6d及E-6e的第二層之載子濃度，皆為1×1018 cm-3 。
使用多光子激發顯微鏡（Nikon股份有限公司製　高速多光子共焦點雷射顯微鏡系統　A1R-MP+），分別從第十四圖所示HVPE-GaN結晶的表面側觀察樣本E-6a~E-6e的三光子激發像（3PPL像）（其中，樣本E-6a無第二層）。激發源係使用波長800 nm的Ti-藍寶石鎖模雷射（mode-locked laser），以脈衝寬度140 fs及重複頻率80 MHz進行驅動。
從3PPL像觀察，可得知以下事項。 樣本E-6a的第一層中存在的線差排，係僅從晶種傳遞而來。在晶種與第一層的界面中，另外在第一層的途中，皆未確認到新的線差排產生。 樣本E-6b中，第一層的線差排未在第一層與第二層的界面分支，而傳遞至第二層。未確認到第二層的途中產生新的線差排。 樣本E-6c中，與樣本E-6b不同，從第一層傳遞至第二層的線差排皆在第一層與第二層的界面進行二分支。亦即，第二層中線差排的數量為第一層的2倍。
樣本E-6d中，一部分的線差排從第一層傳遞至第二層時，在第一層與第二層的界面進行二分支，但這種線差排的比例，在100個中約一個左右。未確認到在第二層的途中產生新的線差排。 樣本E-6e中，一部分的線差排在從第一層傳遞至第二層時，在第一層與第二層的界面進行二分支，這種線差排的比例，在50個中約一個左右。未確認到在第二層的途中產生新的線差排。 這種樣本E-6d及E-6e的3PPL觀察結果，暗示Si或Ge的摻雜對於線差排密度幾乎沒有影響。 4.7. 實驗7
作為晶種，係由下述GaN結晶製作：該GaN結晶，係使用NH4 F與NH4 I作為礦化劑，以氨熱法使具有與實驗1中製作的第二c面GaN晶圓相同的結晶品質、Ga極性面的面積約24.8 cm2 且厚度0.53 mm的c面GaN晶圓成長而得。該GaN結晶的製造過程中，使用形成線寬20 μm之線狀開口傾斜之方形格子圖案的選擇成長遮罩。傾斜的方形格子圖案，係將分別與a面平行且互相成為60度角的2個條紋圖案重疊而成，2個條紋圖案中，一個間距為2 mm，另一個間距為15 mm。 在該晶種的Ga極性面上，使用與實驗1中所使用者同型的氣相成長裝置，以HVPE使GaN厚膜成長。程序大致如下所記載。 首先，在氣相成長裝置的載台上設置晶種，並且以高度4 mm的石墨製邊緣遮罩覆蓋晶種的邊緣及Ga極性面的外周部。
接著，一邊以使N2 、H2 及NH3 的分壓分別為0.30 atm、0.65 atm及0.052 atm的方式將其供給至反應器內，一邊以設於反應器外側的加熱器將反應器內加熱。 載台溫度到達1005 ℃時，開始GaN的成長。成長條件係鎵儲存槽溫度800 ℃、載台溫度1005 ℃、GaCl分壓9.2×10-3 atm、NH3 分壓4.2×10-2 atm，供給至反應器內的載子氣體，以莫耳比計，H2 為40 %，剩餘部分為N2 。
再者，成長開始5小時後，開始對反應器內供給GeCl4 。花費30分鐘將GeCl4 分壓逐漸增加至1.6×10-7 atm，之後使其為定值。又，成長開始5小時後，花費4小時將GaCl分壓逐漸增加至9.4×10-3 atm。 如此，使摻雜Ge的GaN厚膜成長約3 mm的厚度。成長速率為43 μm/h。
接著，與c面平行地切割已成長的GaN厚膜，在所得之晶圓的兩個主面分別實施以研削所進行之平坦化，之後進行CMP加工。再者，藉由裁切晶圓，完成厚度400 μm、主面的面積約15.2 cm2 的c面GaN晶圓（以下亦稱為「樣本E-7」）。 在Ga極性面之中央所測量之樣本E-7的載子濃度為2.0×1018 cm-3 。
使用X射線繞射裝置［(股)RIGAKU製高通量＆高解析度X射線形貌分析成像系統 XRTmicron］，進行樣本E-7的X射線形貌分析。利用來自（110）結晶面的繞射所得之20 mm×20 mm的正方形區域的穿透X射線形貌分析影像顯示於第十六圖。使用之X射線源為MoKα，試片的厚度為400 μm，故μ･t＝11.6。因此，該X射線形貌分析影像為異常穿透像。 以往，以HVPE成長的GaN結晶所構成的m面GaN晶圓中，雖有觀察到X射線異常穿透像的例子（WO2015/020161），但本案應該是第一個提出在以HVPE成長的c面GaN晶圓中的X射線之異常穿透。 若參照第十六圖，圖中可觀察到在左右方向上延伸的缺陷陣列所構成的條紋與從該條紋傾斜60度而從左下往右上方向延伸的缺陷區域。該條紋與a面平行，間距為2 mm，其反映了晶種用的c面GaN晶圓的製造過程中所使用的選擇成長遮罩的圖案。 將摻雜物從Ge變更為Si，除此之外，以實質上相同的方法製作厚度350 μm的c面GaN晶圓，其亦可得到20 mm×20 mm的正方形區域的穿透X射線形貌分析影像。
以上雖以具體的實施態樣說明本發明，但各實施態樣係提出作為一例，並未限定本發明的範圍。本說明書所記載之各實施態樣，在不脫離發明主旨的範圍內，可進行各種變形，且在可實施的範圍內，能夠與其他實施態樣所說明之特徵組合。
10:結晶 11、21:第一主面 12、22:第二主面 20:晶圓 40:雙層晶圓 41:Ga極性側的主面 43:再成長界面 100:HVPE裝置 101:反應器 102:鎵儲存槽 103:載台 104:第一加熱器 105:第二加熱器 Z1:第一區域 Z2:第二區域 P1:氨導入管 P2:氯化氫導入管 P3:氯化鎵導入管 P4:摻雜物導入管 PE:排氣管 PM:測量點 DC、DW:直徑 tC、tW、t1:厚度 L、L1、L2:線 Lf:表層 Lb:底層 R1:第一區域 R2:第二區域 Z:頂面距離 h:高度
第一圖係顯示實施態樣之n型GaN結晶的立體圖。 第二圖係顯示實施態樣之n型GaN結晶的俯視圖。 第三圖係顯示實施態樣之n型GaN結晶的俯視圖。 第四圖係顯示實施態樣之GaN晶圓的立體圖。 第五圖係顯示實施態樣之GaN晶圓的剖面圖。 第六圖係顯示實施態樣之GaN晶圓的俯視圖。 第七圖係顯示實施態樣之GaN晶圓的俯視圖。 第八圖係顯示雙層GaN晶圓之一例的立體圖。 第九圖係顯示HVPE裝置之基本構成的示意面。 第十（a）圖係顯示載台上設置晶種與邊緣遮罩時的剖面圖，第十（b）圖係顯示GaN結晶在第十（a）圖所示之晶種上成長之狀態的剖面圖。 第十一圖係顯示在載台上設置晶種與邊緣遮罩時的剖面圖。 第十二圖係顯示在以氨熱法使GaN結晶成長所使用的結晶成長裝置之基本構成的圖式。 第十三圖係顯示以氨熱法在第一c面GaN晶圓的N極性面上使GaN結晶層成長時的剖面圖。 第十四圖係顯示實驗6中所製作之樣本的構成與實驗6中的三光子激發像的觀察方向的圖式。 第十五圖係說明c面GaN晶圓的切割角可分解成在互相垂直之2個方向的分量的圖式。 第十六圖係顯示實驗7中，從以HVPE成長的GaN結晶所構成的c面GaN晶圓（樣本E-7）得到的、20 mm×20 mm的正方形區域的穿透X射線形貌分析影像（以影像代替圖式）。
10:結晶
11:第一主面
12:第二主面
DC:直徑
tC:厚度

Claims (224)

  1. 一種n型GaN結晶，其所含有之最高濃度的施體雜質為Ge，且具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率，以及（004）XRD搖擺曲線FWHM小於20 arcsec。
  2. 一種n型GaN結晶，其係如申請專利範圍第1項之n型GaN結晶，其中該結晶具有互相朝向相反方向的2個主面，該2個主面的面積分別為3 cm2 以上，該2個主面中的一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面的傾斜在0度以上10度以下。
  3. 如申請專利範圍第2項之n型GaN結晶，其具有20mm以上的直徑。
  4. 一種n型GaN結晶，其係具有互相朝向相反方向的2個主面、該2個主面中的一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面的傾斜在0度以上10度以下的n型GaN結晶， 其所含有之最高濃度的施體雜質為Ge； 且具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率；及 在該一側的主面上沿著至少1條線於長度40mm中每隔1mm即測量（004）XRD搖擺曲線時，在所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為20 arcsec以下。
  5. 如申請專利範圍第4項之n型GaN結晶，其中該所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值在18 arcsec以下。
  6. 一種n型GaN結晶，其係具有互相朝向相反方向的2個主面，該2個主面中的一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面的傾斜在0度以上10度以下的n型GaN結晶， 其所含有之最高濃度的施體雜質為Ge； 且具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率；及 在該一側的主面上分別沿著至少2條互相垂直的線於長度40mm中每隔1mm即測量（004）XRD搖擺曲線時，在各線上的所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為20 arcsec以下。
  7. 如申請專利範圍第6項之n型GaN結晶，其中在該各線上的所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值在18 arcsec以下。
  8. 如申請專利範圍第2至7項中任一項之n型GaN結晶，其具有小於0.02 Ω･cm的室溫電阻率。
  9. 如申請專利範圍第2至7項中任一項之n型GaN結晶，其載子濃度為1×1018 cm-3 以上。
  10. 如申請專利範圍第2至9項中任一項之n型GaN結晶，其中關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。
  11. 如申請專利範圍第10項之n型GaN結晶，其滿足全數與雜質濃度相關的該條件（a）~（c）。
  12. 如申請專利範圍第2至11項中任一項之n型GaN結晶，其中O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下。
  13. 如申請專利範圍第2至12項中任一項之n型GaN結晶，其中Ge濃度為1×1018 atoms/cm3 以上，且Si濃度為4×1017 atoms/cm3 以上。
  14. 如申請專利範圍第2至13項中任一項之n型GaN結晶，其中除了Ge、Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。
  15. 如申請專利範圍第2至14項中任一項之n型GaN結晶，其係以HVPE成長的GaN結晶。
  16. 一種GaN晶圓，其係由如申請專利範圍第2至15項中任一項之n型GaN結晶所構成。
  17. 一種GaN晶圓，其Ga極性側設有如申請專利範圍第2至15項中任一項之n型GaN結晶所構成的第一區域，而N極性側則設有載子濃度低於該n型GaN結晶的第二區域。
  18. 如申請專利範圍第17項之GaN晶圓，其中該第一區域的厚度為5 μm以上250 μm以下。
  19. 如申請專利範圍第17或18項之GaN晶圓，其中該第二區域，關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。
  20. 如申請專利範圍第19項之GaN晶圓，其中該第二區域滿足全數與雜質濃度相關的該條件（a）~（c）。
  21. 如申請專利範圍第17至20項中任一項之GaN晶圓，其中該第二區域中的O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下。
  22. 如申請專利範圍第17至21項中任一項之GaN晶圓，其中該第二區域中，除了Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。
  23. 如申請專利範圍第17至22項中任一項之GaN晶圓，其中該第一區域與該第二區域之間具有再成長界面。
  24. 一種磊晶晶圓的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如申請專利範圍第16至23項中任一項之GaN晶圓的步驟；及在該所準備之GaN晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。
  25. 一種磊晶晶圓，其係由如申請專利範圍第16至23項中任一項之GaN晶圓與在該GaN晶圓上磊晶成長的一層以上的氮化物半導體層所構成。
  26. 一種氮化物半導體裝置的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如申請專利範圍第16至23項中任一項之GaN晶圓的步驟；及在該所準備之GaN晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。
  27. 一種n型GaN結晶，其具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率，且（004）XRD搖擺曲線FWHM小於20 arcsec，而關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。
  28. 一種n型GaN結晶，其係如申請專利範圍第27項之n型GaN結晶，該結晶具有互相朝向相反方向的2個主面，該2個主面的面積分別為3 cm2 以上，該2個主面中的一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面的傾斜在0度以上10度以下。
  29. 如申請專利範圍第28項之n型GaN結晶，其具有20mm以上的直徑。
  30. 一種n型GaN結晶，其係具有互相朝向相反方向的2個主面、該2個主面中的一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面的傾斜在0度以上10度以下的n型GaN結晶， 具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率； 在該一側的主面上沿著至少1條線於長度40 mm中每隔1 mm即測量（004）XRD搖擺曲線時，在所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為20 arcsec以下；及 關於雜質濃度，滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。
  31. 如申請專利範圍第30項之n型GaN結晶，其中在該所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值在18 arcsec以下。
  32. 一種n型GaN結晶，其係具有互相朝向相反方向的2個主面、該2個主面中的一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面的傾斜在0度以上10度以下的n型GaN結晶， 具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率； 在該一側的主面上分別沿著至少2條互相垂直的線於長度40 mm中每隔1 mm即測量（004）XRD搖擺曲線時，在各線上的所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為20 arcsec以下；及 關於雜質濃度，滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。
  33. 如申請專利範圍第32項之n型GaN結晶，其中在該各線上的所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值在18 arcsec以下。
  34. 如申請專利範圍第28至33項中任一項之n型GaN結晶，其具有小於0.02 Ω･cm的室溫電阻率。
  35. 如申請專利範圍第28至33項中任一項之n型GaN結晶，其載子濃度為1×1018 cm-3 以上。
  36. 如申請專利範圍第28至35項中任一項之n型GaN結晶，其中關於雜質濃度滿足全數該條件（a）~（c）。
  37. 如申請專利範圍第28至36項中任一項之n型GaN結晶，其中O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下。
  38. 如申請專利範圍第28至37項中任一項之n型GaN結晶，其所含有之最高濃度的施體雜質為Si。
  39. 如申請專利範圍第38項之n型GaN結晶，其中Si以外之施體雜質的總濃度為Si濃度的10%以下。
  40. 如申請專利範圍第39項之n型GaN結晶，其中載子濃度為Si濃度的90%以上。
  41. 如申請專利範圍第28至40項中任一項之n型GaN結晶，其中除了Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。
  42. 如申請專利範圍第28至38項中任一項之n型GaN結晶，其中Ge濃度為1×1018 atoms/cm3 以上，且Si濃度為4×1017 atoms/cm3 以上。
  43. 如申請專利範圍第42項之n型GaN結晶，其中除了Ge、Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。
  44. 如申請專利範圍第28至43項中任一項之n型GaN結晶，其係以HVPE成長的GaN結晶。
  45. 一種GaN晶圓，其係由如申請專利範圍第28至44項中任一項之n型GaN結晶所構成。
  46. 一種GaN晶圓，其Ga極性側設有如申請專利範圍第28至44項中任一項之n型GaN結晶所構成的第一區域，而N極性側設有載子濃度低於該n型GaN結晶的第二區域。
  47. 如申請專利範圍第46項之GaN晶圓，其中該第一區域的厚度為5 μm以上250 μm以下。
  48. 如申請專利範圍第46或47項之GaN晶圓，其中該第二區域，關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。
  49. 如申請專利範圍第48項之GaN晶圓，其中該第二區域滿足全數與雜質濃度相關的該條件（a）~（c）。
  50. 如申請專利範圍第46至49項中任一項之GaN晶圓，其中該第二區域中的O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下。
  51. 如申請專利範圍第46至50項中任一項之GaN晶圓，其中該第二區域中，除了Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。
  52. 如申請專利範圍第46至51項中任一項之GaN晶圓，其中該第一區域與該第二區域之間具有再成長界面。
  53. 一種磊晶晶圓的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如申請專利範圍第45至52項中任一項之GaN晶圓的步驟；及在該所準備之GaN晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。
  54. 一種磊晶晶圓，其係由如申請專利範圍第45至52項中任一項之GaN晶圓與在該GaN晶圓上磊晶成長的一層以上的氮化物半導體層所構成。
  55. 一種氮化物半導體裝置的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如申請專利範圍第45至52項中任一項之GaN晶圓的步驟；及在該所準備之GaN晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。
  56. 一種n型GaN結晶，其係具有互相朝向相反方向的2個主面、該2個主面中的一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面的傾斜在0度以上10度以下的n型GaN結晶， 具有45 mm以上的直徑； （004）XRD搖擺曲線FWHM小於20 arcsec，以及關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。
  57. 如申請專利範圍第56項之n型GaN結晶，其具有95 mm以上的直徑。
  58. 一種n型GaN結晶，其係具有互相朝向相反方向的2個主面、該2個主面中的一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面的傾斜在0度以上10度以下的n型GaN結晶， 在該一側的主面上沿著至少1條線於長度40 mm中每隔1 mm即測量（004）XRD搖擺曲線時，在所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為20 arcsec以下；及 關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。
  59. 如申請專利範圍第58項之n型GaN結晶，其中在該所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值在18 arcsec以下。
  60. 一種n型GaN結晶，其係具有互相朝向相反方向的2個主面、該2個主面中的一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面的傾斜在0度以上10度以下的n型GaN結晶， 在該一側的主面上分別沿著至少2條互相垂直的線於長度40 mm中每隔1 mm即測量（004）XRD搖擺曲線時，在各線上的所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為20 arcsec以下；及 關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。
  61. 如申請專利範圍第60項之n型GaN結晶，其中在該各線上的所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值在18 arcsec以下。
  62. 如申請專利範圍第56至61項中任一項之n型GaN結晶，其中關於雜質濃度滿足全數該條件（a）~（c）。
  63. 如申請專利範圍第56至62項中任一項之n型GaN結晶，其中Si濃度為5×1017 atoms/cm3 以下。
  64. 如申請專利範圍第56至63項中任一項之n型GaN結晶，其中除了Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。
  65. 如申請專利範圍第56至64項中任一項之n型GaN結晶，其中O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下。
  66. 如申請專利範圍第56至65項中任一項之n型GaN結晶，其具有小於5×1017 cm-3 的載子濃度與0.04 Ω･cm以上的室溫電阻率中的至少任一者。
  67. 如申請專利範圍第56至66項中任一項之n型GaN結晶，其係以HVPE成長的GaN結晶。
  68. 一種GaN晶圓，其係由如申請專利範圍第56至67項中任一項之n型GaN結晶所構成。
  69. 一種雙層GaN晶圓，具有：底層，其係由如申請專利範圍第56至67項中任一項之n型GaN結晶所構成；及表層，其係由GaN所構成，隔著再成長界面而形成於該n型GaN結晶的Ga極性側的主面上，且最小厚度為20 μm以上；在該表層中，從頂面至少距離5 μm以內的部分包含於高載子濃度區域，該高載子濃度區域係載子濃度下限為1×1018 cm-3 以上的區域。
  70. 如申請專利範圍第69項之雙層GaN晶圓，其中在該表層中，從頂面至少20 μm以內的部分包含於該高載子濃度區域。
  71. 如申請專利範圍第69或70項之雙層GaN晶圓，其中該高載子濃度區域係載子濃度下限為2×1018 cm-3 以上的區域。
  72. 如申請專利範圍第69至71項中任一項之雙層GaN晶圓，其中該表層，關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。
  73. 如申請專利範圍第72項之雙層GaN晶圓，其中該表層滿足全數與雜質濃度相關的該條件（a）~（c）。
  74. 如申請專利範圍第69至73項中任一項之雙層GaN晶圓，其中該表層中的O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下。
  75. 如申請專利範圍第69至74項中任一項之雙層GaN晶圓，其中該高載子濃度區域摻雜有Si。
  76. 如申請專利範圍第75項之雙層GaN晶圓，其中該表層中，除了Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。
  77. 如申請專利範圍第69至75項中任一項之雙層GaN晶圓，其中該高載子濃度區域摻雜有Ge。
  78. 如申請專利範圍第77項之雙層GaN晶圓，其中該表層中，除了Ge、Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。
  79. 如申請專利範圍第69至78項中任一項之雙層GaN晶圓，其中該高載子濃度區域中，載子濃度或施體雜質的總濃度沿著c軸方向的變動，相較於中間值，係在±25%以內。
  80. 一種雙層GaN晶圓，具有：底層，其係由如申請專利範圍第56至67項中任一項之n型GaN結晶所構成；及表層，其係由GaN所構成，隔著再成長界面而形成於該n型GaN結晶的Ga極性側的主面上，且最小厚度為20 μm以上；在該表層中，從頂面至少距離5 μm以內的部分包含於載子補償區域，該載子補償區域係補償雜質的總濃度下限為1×1017 atoms/cm3 以上的區域。
  81. 如申請專利範圍第80項之雙層GaN晶圓，其中在該表層中，從頂面至少20 μm以內的部分包含於該載子補償區域。
  82. 如申請專利範圍第80或81項之雙層GaN晶圓，其中該載子補償區域係補償雜質的總濃度下限為2×1017 atoms/cm3 以上的區域。
  83. 如申請專利範圍第80至82項中任一項之雙層GaN晶圓，其中該表層，關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。
  84. 如申請專利範圍第80至83項中任一項之雙層GaN晶圓，其中該載子補償區域中，補償雜質的總濃度沿著c軸方向的變動，相較於中間值，係在±25%以內。
  85. 如申請專利範圍第69至84項中任一項之雙層GaN晶圓，其中該雙層GaN晶圓的厚度大於300 μm，該表層的最大厚度在300 μm以下。
  86. 如申請專利範圍第69至85項中任一項之雙層GaN晶圓，其中該表層的最小厚度在50 μm以上。
  87. 如申請專利範圍第69至86項中任一項之雙層GaN晶圓，其中該表層的最大厚度與最小厚度的差在200 μm以下。
  88. 一種磊晶晶圓的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如申請專利範圍第68至87項中任一項之晶圓的步驟；及在該所準備之晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。
  89. 一種磊晶晶圓，其係由如申請專利範圍第68至87項中任一項之晶圓與在該GaN晶圓上磊晶成長的一層以上的氮化物半導體層所構成。
  90. 一種氮化物半導體裝置的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如申請專利範圍第68至87項中任一項之晶圓的步驟；及在該所準備之晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。
  91. 一種雙層GaN晶圓的製造方法，具有：準備如申請專利範圍第68項之GaN晶圓的步驟；及在該所準備之GaN晶圓的Ga極性側的主面上使厚度20 μm以上的GaN層磊晶成長的步驟；該GaN層上設有高載子濃度區域或載子補償區域，該高載子濃度區域係載子濃度下限為1×1018 cm-3 以上的區域，該載子補償區域係補償雜質的總濃度下限為2×1017 atoms/cm3 以上的區域。
  92. 如申請專利範圍第91項之製造方法，其中在該磊晶成長之步驟中，係以HVPE使該GaN層成長。
  93. 如申請專利範圍第91或92項之製造方法，其中該GaN層的厚度為500 μm以下。
  94. 如申請專利範圍第91至93項中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該高載子濃度區域，該高載子濃度區域係載子濃度下限為2×1018 cm-3 以上的區域。
  95. 如申請專利範圍第91至94項中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該高載子濃度區域，該高載子濃度區域中摻雜有Ge。
  96. 如申請專利範圍第91至95項中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該高載子濃度區域，該高載子濃度區域中蓄意地摻雜有Si。
  97. 如申請專利範圍第91至93項中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該載子補償區域，該載子補償區域，係補償雜質的總濃度下限為5×1017 atoms/cm3 以上的區域。
  98. 如申請專利範圍第91至97項中任一項之製造方法，其中更具有：將該磊晶成長之步驟中所得到的積層體薄化的步驟。
  99. 一種塊體GaN結晶的製造方法，具有：準備如申請專利範圍第68項之GaN晶圓的步驟；及在該所準備之GaN晶圓上使GaN磊晶成長的步驟。
  100. 一種c面GaN晶圓： 其所含有之最高濃度的施體雜質為Ge； 導電型為n型、且具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率；及 （004）XRD搖擺曲線FWHM小於20 arcsec。
  101. 如申請專利範圍第100項之c面GaN晶圓，其具備面積3 cm2 以上的主面。
  102. 如申請專利範圍第100項之c面GaN晶圓，其具有20 mm以上的直徑。
  103. 一種c面GaN晶圓： 其所含有之最高濃度的施體雜質為Ge； 導電型為n型、且具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率；及 在一側的主面上沿著至少1條線於長度40 mm中每隔1 mm即測量（004）XRD搖擺曲線時，在所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為20 arcsec以下。
  104. 如申請專利範圍第103項之c面GaN晶圓，其中在該所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值在18 arcsec以下。
  105. 一種c面GaN晶圓： 其所含有之最高濃度的施體雜質為Ge； 導電型為n型、且具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率；及 在一側的主面上分別沿著至少2條互相垂直的線於長度40 mm中每隔1 mm即測量（004）XRD搖擺曲線時，在各線上的所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為20 arcsec以下。
  106. 如申請專利範圍第105項之c面GaN晶圓，其中在該各線上的所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值在18 arcsec以下。
  107. 如申請專利範圍第100至106項中任一項之c面GaN晶圓，其中切割角之x方向分量在通過表面中心而在x方向上延伸之線的變動幅度與切割角之y方向分量在通過表面中心而在與該x方向垂直的y方向上延伸之線上的變動幅度，在長度40 mm的區間內分別為0.15度以下。
  108. 如申請專利範圍第100至107項中任一項之c面GaN晶圓，其具有小於0.02 Ω･cm的室溫電阻率。
  109. 如申請專利範圍第100至107項中任一項之c面GaN晶圓，其中載子濃度為1×1018 cm-3 以上。
  110. 如申請專利範圍第100至109項中任一項之c面GaN晶圓，其中關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。
  111. 如申請專利範圍第110項之c面GaN晶圓，其滿足全數與雜質濃度相關的該條件（a）~（c）。
  112. 如申請專利範圍第100至111項中任一項之c面GaN晶圓，其中O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下。
  113. 如申請專利範圍第100至112項中任一項之c面GaN晶圓，其中Ge濃度為1×1018 atoms/cm3 以上，且Si濃度為4×1017 atoms/cm3 以上。
  114. 如申請專利範圍第100至113項中任一項之c面GaN晶圓，其中除了Ge、Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。
  115. 如申請專利範圍第100至114項中任一項之c面GaN晶圓，其係由以HVPE成長的GaN結晶所構成。
  116. 一種磊晶晶圓的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如申請專利範圍第100至115項中任一項之c面GaN晶圓的步驟；及在該所準備之c面GaN晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。
  117. 一種磊晶晶圓，其係由如申請專利範圍第100至115項中任一項之GaN晶圓與在該GaN晶圓上磊晶成長的一層以上的氮化物半導體層所構成。
  118. 一種氮化物半導體裝置的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如申請專利範圍第100至115項中任一項之GaN晶圓的步驟；及在該所準備之GaN晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。
  119. 一種c面GaN晶圓： 導電型為n型、且具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率； （004）XRD搖擺曲線FWHM小於20 arcsec；及 關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。
  120. 如申請專利範圍第119項之c面GaN晶圓，其具備面積3 cm2 以上的主面。
  121. 如申請專利範圍第119項之c面GaN晶圓，其具有20 mm以上的直徑。
  122. 一種c面GaN晶圓： 導電型為n型、且具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率； 在一側的主面上沿著至少1條線於長度40 mm中每隔1 mm即測量（004）XRD搖擺曲線時，在所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為20 arcsec以下；及 關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。
  123. 如申請專利範圍第122項之c面GaN晶圓，其中在該所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值在18 arcsec以下。
  124. 一種c面GaN晶圓： 導電型為n型、且具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率； 在一側的主面上分別沿著至少2條互相垂直的線於長度40 mm中每隔1 mm即測量（004）XRD搖擺曲線時，在各線上的所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為20 arcsec以下；及 關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。
  125. 如申請專利範圍第124項之c面GaN晶圓，其中在該各線上的所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值在18 arcsec以下。
  126. 如申請專利範圍第119至125項中任一項之c面GaN晶圓，其中切割角之x方向分量在通過表面中心而在x方向上延伸之線的變動幅度與切割角之y方向分量在通過表面中心而在與該x方向垂直的y方向上延伸之線上的變動幅度，在長度40 mm的區間內分別為0.15度以下。
  127. 如申請專利範圍第119至126項中任一項之c面GaN晶圓，其具有小於0.02 Ω･cm的室溫電阻率。
  128. 如申請專利範圍第119至126項中任一項之c面GaN晶圓，其載子濃度為1×1018 cm-3 以上。
  129. 如申請專利範圍第119至128項中任一項之c面GaN晶圓，其中關於雜質濃度滿足全數該條件（a）~（c）。
  130. 如申請專利範圍第119至129項中任一項之c面GaN晶圓，其中O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下。
  131. 如申請專利範圍第119至130項中任一項之c面GaN晶圓，其所含有之最高濃度的施體雜質為Si。
  132. 如申請專利範圍第131項之c面GaN晶圓，其中Si以外之施體雜質的總濃度為Si濃度的10%以下。
  133. 如申請專利範圍第132項之c面GaN晶圓，其中載子濃度為Si濃度的90%以上。
  134. 如申請專利範圍第119至133項中任一項之c面GaN晶圓，其中除了Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。
  135. 如申請專利範圍第119至134項中任一項之c面GaN晶圓，其係由以HVPE成長的GaN結晶所構成。
  136. 一種磊晶晶圓的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如申請專利範圍第119至135項中任一項之c面GaN晶圓的步驟；及在該所準備之GaN晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。
  137. 一種磊晶晶圓，其係由如申請專利範圍第119至135項中任一項之c面GaN晶圓與在該c面GaN晶圓上磊晶成長的一層以上的氮化物半導體層所構成。
  138. 一種氮化物半導體裝置的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如申請專利範圍第119至135項中任一項之c面GaN晶圓的步驟；及在該所準備之c面GaN晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。
  139. 一種c面GaN晶圓： 導電型為n型； 具有45mm以上的直徑； （004）XRD搖擺曲線FWHM小於20 arcsec；及 關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。
  140. 如申請專利範圍第139項之c面GaN晶圓，其具有95 mm以上的直徑。
  141. 一種c面GaN晶圓： 導電型為n型； 在一側的主面上沿著至少1條線於長度40 mm中每隔1 mm即測量（004）XRD搖擺曲線時，在所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為20 arcsec以下；及 關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。
  142. 如申請專利範圍第141項之c面GaN晶圓，其中在該所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值在18 arcsec以下。
  143. 一種c面GaN晶圓： 導電型為n型； 在一側的主面上分別沿著至少2條互相垂直的線於長度40 mm中每隔1 mm即測量（004）XRD搖擺曲線時，在各線上的所有測量點之間；（004）XRD搖擺曲線FWHM的最大值為20 arcsec以下；及 關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。
  144. 如申請專利範圍第143項之c面GaN晶圓，其中在該各線上的所有測量點之間，（004）XRD搖擺曲線FWHM的平均值在18 arcsec以下。
  145. 如申請專利範圍第139至144項中任一項之c面GaN晶圓，其中切割角之x方向分量在通過表面中心而在x方向上延伸之線的變動幅度與切割角之y方向分量在通過表面中心而在與該x方向垂直的y方向上延伸之線上的變動幅度，在長度40 mm的區間內分別為0.15度以下。
  146. 如申請專利範圍第139至145項中任一項之c面GaN晶圓，其中關於雜質濃度滿足全數該條件（a）~（c）。
  147. 如申請專利範圍第139至146項中任一項之c面GaN晶圓，其中Si濃度為5×1017 atoms/cm3 以下。
  148. 如申請專利範圍第139至147項中任一項之c面GaN晶圓，其中除了Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。
  149. 如申請專利範圍第139至148項中任一項之c面GaN晶圓，其中O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下。
  150. 如申請專利範圍第139至149項中任一項之c面GaN晶圓，其具有小於5×1017 cm-3 的載子濃度與0.04 Ω･cm以上的室溫電阻率中的至少任一者。
  151. 如申請專利範圍第139至150項中任一項之c面GaN晶圓，其係由以HVPE成長的GaN結晶所構成。
  152. 一種磊晶晶圓的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如申請專利範圍第139至151項中任一項之c面GaN晶圓的步驟；及在該所準備之c面GaN晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。
  153. 一種磊晶晶圓，其係由如申請專利範圍第139至151項中任一項之c面GaN晶圓與在該c面GaN晶圓上磊晶成長的一層以上的氮化物半導體層所構成。
  154. 一種氮化物半導體裝置的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如申請專利範圍第139至151項中任一項之c面GaN晶圓的步驟；及在該所準備之c面GaN晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。
  155. 一種雙層GaN晶圓的製造方法，具有：準備如申請專利範圍第139至151項中任一項之c面GaN晶圓的步驟；及在該所準備之c面GaN晶圓的Ga極性側的主面上使厚度20 μm以上的GaN層磊晶成長的步驟；該GaN層上設有高載子濃度區域或載子補償區域，該高載子濃度區域係載子濃度下限為1×1018 cm-3 以上的區域，該載子補償區域係補償雜質的總濃度下限為2×1017 atoms/cm3 以上的區域。
  156. 如申請專利範圍第155項之製造方法，其中在該磊晶成長之步驟中，以HVPE使該GaN層成長。
  157. 如申請專利範圍第155或156項之製造方法，其中該GaN層的厚度為500 μm以下。
  158. 如申請專利範圍第155至157項中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該高載子濃度區域，該高載子濃度區域係載子濃度下限為2×1018 cm-3 以上的區域。
  159. 如申請專利範圍第155至158項中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該高載子濃度區域，該高載子濃度區域中摻雜有Ge。
  160. 如申請專利範圍第155至159項中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該高載子濃度區域，該高載子濃度區域中蓄意地摻雜有Si。
  161. 如申請專利範圍第155至157項中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該載子補償區域，該載子補償區域，係補償雜質的總濃度下限為5×1017 atoms/cm3 以上的區域。
  162. 如申請專利範圍第155至161項中任一項之製造方法，其中更具有：將該磊晶成長之步驟中所得到的積層體薄化的步驟。
  163. 一種塊體GaN結晶的製造方法，具有：準備如申請專利範圍第139至151項中任一項之c面GaN晶圓的步驟；及在該所準備之c面GaN晶圓上使GaN磊晶成長的步驟。
  164. 一種c面GaN晶圓： 導電型為n型； 一側的主面中的差排密度在2×105 cm-2 以下；及 關於雜質濃度，滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。
  165. 如申請專利範圍第164項之c面GaN晶圓，其中關於雜質濃度滿足全數該條件（a）~（c）。
  166. 如申請專利範圍第164或165項之c面GaN晶圓，其中O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下。
  167. 如申請專利範圍第164至166項中任一項之c面GaN晶圓，其中切割角之x方向分量在通過表面中心而在x方向上延伸之線的變動幅度與切割角之y方向分量在通過表面中心而在與該x方向垂直的y方向上延伸之線上的變動幅度，在長度40 mm的區間內分別為0.15度以下。
  168. 如申請專利範圍第164至167項中任一項之c面GaN晶圓，其具有小於5×1017 cm-3 的載子濃度與0.04 Ω･cm以上的室溫電阻率中的至少任一者。
  169. 如申請專利範圍第164至168項中任一項之c面GaN晶圓，其中Si濃度為5×1017 atoms/cm3 以下。
  170. 如申請專利範圍第169之c面GaN晶圓，其中除了Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。
  171. 如申請專利範圍第164至167項中任一項之c面GaN晶圓，其具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率。
  172. 如申請專利範圍第164至167項中任一項之c面GaN晶圓，其載子濃度為1×1018 cm-3 以上。
  173. 如申請專利範圍第171或172項之c面GaN晶圓，其中Ge濃度為1×1018 atoms/cm3 以上，且Si濃度為4×1017 atoms/cm3 以上。
  174. 如申請專利範圍第171至173項中任一項之c面GaN晶圓，其所含有之最高濃度的施體雜質為Ge。
  175. 如申請專利範圍第173或174項之c面GaN晶圓，其中除了Ge、Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。
  176. 如申請專利範圍第171或172項之c面GaN晶圓，其所含有之最高濃度的施體雜質為Si。
  177. 如申請專利範圍第176項之c面GaN晶圓，其中Si以外之施體雜質的總濃度為Si濃度的10 %以下。
  178. 如申請專利範圍第177項之c面GaN晶圓，其中載子濃度為Si濃度的90 %以上。
  179. 如申請專利範圍第176至178項中任一項之c面GaN晶圓，其中除了Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。
  180. 如申請專利範圍第164至179項中任一項之c面GaN晶圓，其係由以HVPE成長的GaN結晶所構成。
  181. 一種磊晶晶圓的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如申請專利範圍第164至180項中任一項之c面GaN晶圓的步驟；及在該所準備之c面GaN晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。
  182. 一種磊晶晶圓，其係由如申請專利範圍第164至180項中任一項之c面GaN晶圓與在該c面GaN晶圓上磊晶成長的一層以上的氮化物半導體層所構成。
  183. 一種氮化物半導體裝置的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如申請專利範圍第164至180項中任一項之c面GaN晶圓的步驟；及在該所準備之c面GaN晶圓上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。
  184. 一種雙層GaN晶圓的製造方法，具有：準備如申請專利範圍第164至170項中任一項之c面GaN晶圓的步驟；及在該所準備之c面GaN晶圓的Ga極性側的主面上使厚度20 μm以上的GaN層磊晶成長的步驟；該GaN層上設有高載子濃度區域或載子補償區域，該高載子濃度區域係載子濃度下限為1×1018 cm-3 以上的區域，該載子補償區域係補償雜質的總濃度下限為2×1017 atoms/cm3 以上的區域。
  185. 如申請專利範圍第184項之製造方法，其中在該磊晶成長之步驟中，係以HVPE使該GaN層成長。
  186. 如申請專利範圍第184或185項之製造方法，其中該GaN層的厚度為500 μm以下。
  187. 如申請專利範圍第184至186項中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該高載子濃度區域，該高載子濃度區域係載子濃度下限為2×1018 cm-3 以上的區域。
  188. 如申請專利範圍第184至187項中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該高載子濃度區域，該高載子濃度區域中摻雜有Ge。
  189. 如申請專利範圍第184至188項中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該高載子濃度區域，該高載子濃度區域中蓄意地摻雜有Si。
  190. 如申請專利範圍第184至186項中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該載子補償區域，該載子補償區域，係補償雜質的總濃度下限為5×1017 atoms/cm3 以上的區域。
  191. 如申請專利範圍第184至190項中任一項之製造方法，其中更具有：將該磊晶成長之步驟中所得到的積層體薄化的步驟。
  192. 一種塊體GaN結晶的製造方法，具有：準備如申請專利範圍第164至170項中任一項之c面GaN晶圓的步驟；及在該所準備之c面GaN晶圓上使GaN磊晶成長的步驟。
  193. 一種n型GaN結晶，其係具有互相朝向相反方向的2個主面、該2個主面中的一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面的傾斜在0度以上10度以下的n型GaN結晶， 可得到至少一個10 mm×10 mm的正方形區域的X射線異常穿透像；及 關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。
  194. 一種n型GaN結晶，其係具有互相朝向相反方向的2個主面，該2個主面中的一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面的傾斜在0度以上10度以下的n型GaN結晶， 可得到至少一個15 mm×15 mm的正方形區域的X射線異常穿透像；及 關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。
  195. 一種n型GaN結晶，其係具有互相朝向相反方向的2個主面，該2個主面中的一面為Ga極性且相對於（0001）結晶面的傾斜在0度以上10度以下的n型GaN結晶， 可得到至少一個20 mm×20 mm的正方形區域的X射線異常穿透像；及 關於雜質濃度滿足選自下述（a）~（c）中的一個以上的條件： （a）Si濃度為5×1016 atoms/cm3 以上； （b）O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下； （c）H濃度為1×1017 atoms/cm3 以下。
  196. 如申請專利範圍第193至195項中任一項之n型GaN結晶，其中關於雜質濃度滿足全數該條件（a）~（c）。
  197. 如申請專利範圍第193至196項中任一項之n型GaN結晶，其中O濃度為3×1016 atoms/cm3 以下。
  198. 如申請專利範圍第193至197項中任一項之n型GaN結晶，其具有小於5×1017 cm-3 的載子濃度與0.04 Ω･cm以上的室溫電阻率中的至少任一者。
  199. 如申請專利範圍第193至198項中任一項之n型GaN結晶，其中Si濃度為5×1017 atoms/cm3 以下。
  200. 如申請專利範圍第199項之n型GaN結晶，其中除了Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。
  201. 如申請專利範圍第193至197項中任一項之n型GaN結晶，其具有小於0.03 Ω･cm的室溫電阻率。
  202. 如申請專利範圍第193至197項中任一項之n型GaN結晶，其載子濃度為1×1018 cm-3 以上。
  203. 如申請專利範圍第201或202項之n型GaN結晶，其中Ge濃度為1×1018 atoms/cm3 以上，且Si濃度為4×1017 atoms/cm3 以上。
  204. 如申請專利範圍第201至203項中任一項之n型GaN結晶，其所含有之最高濃度的施體雜質為Ge。
  205. 如申請專利範圍第203或204項之n型GaN結晶，其中除了Ge、Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。
  206. 如申請專利範圍第201或202項之n型GaN結晶，其所含有之最高濃度的施體雜質為Si。
  207. 如申請專利範圍第206項之n型GaN結晶，其中Si以外之施體雜質的總濃度為Si濃度的10 %以下。
  208. 如申請專利範圍第207項之n型GaN結晶，其中載子濃度為Si濃度的90 %以上。
  209. 如申請專利範圍第206至208項中任一項之n型GaN結晶，其中除了Si、O及H以外，各雜質的濃度為5×1015 atoms/cm3 以下。
  210. 如申請專利範圍第193至209項中任一項之n型GaN結晶，其係由以HVPE成長的GaN結晶所構成。
  211. 如申請專利範圍第193至210項中任一項之n型GaN結晶，其為GaN晶圓。
  212. 如申請專利範圍第211項之n型GaN結晶，其中切割角之x方向分量在通過表面中心而在x方向上延伸之線的變動幅度與切割角之y方向分量在通過表面中心而在與該x方向垂直的y方向上延伸之線上的變動幅度，在長度40 mm的區間內分別為0.15度以下。
  213. 一種磊晶晶圓的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如申請專利範圍第211或212項之n型GaN結晶的步驟；及在該所準備之n型GaN結晶之上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。
  214. 一種磊晶晶圓，其係由如申請專利範圍第211或212項之n型GaN結晶與在該n型GaN結晶上磊晶成長的一層以上的氮化物半導體層所構成。
  215. 一種氮化物半導體裝置的製造方法，其係由下述步驟所構成：準備如申請專利範圍第211或212項之n型GaN結晶的步驟；及在該所準備之n型GaN結晶之上使一層以上的氮化物半導體層磊晶成長的步驟。
  216. 一種雙層GaN晶圓的製造方法，具有：準備如申請專利範圍第193至200項中任一項之n型GaN結晶的GaN晶圓的步驟；及在該所準備之GaN晶圓的Ga極性側的主面上使厚度20 μm以上的GaN層磊晶成長的步驟；該GaN層上設有高載子濃度區域或載子補償區域，該高載子濃度區域係載子濃度下限為1×1018 cm-3 以上的區域，該載子補償區域係補償雜質的總濃度下限為2×1017 atoms/cm3 以上的區域。
  217. 如申請專利範圍第216項之製造方法，其中在該磊晶成長之步驟中，係以HVPE使該GaN層成長。
  218. 如申請專利範圍第216或217項之製造方法，其中該GaN層的厚度為500 μm以下。
  219. 如申請專利範圍第216至218項中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該高載子濃度區域，該高載子濃度區域係載子濃度下限為2×1018 cm-3 以上的區域。
  220. 如申請專利範圍第216至219項中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該高載子濃度區域，該高載子濃度區域中摻雜有Ge。
  221. 如申請專利範圍第216至220項中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該高載子濃度區域，該高載子濃度區域中蓄意地摻雜有Si。
  222. 如申請專利範圍第216至218項中任一項之製造方法，其中該GaN層上設有該載子補償區域，該載子補償區域，係補償雜質的總濃度下限為5×1017 atoms/cm3 以上的區域。
  223. 如申請專利範圍第216至222項中任一項之製造方法，其中更具有：將該磊晶成長之步驟中所得到的積層體薄化的步驟。
  224. 一種塊體GaN結晶的製造方法，具有：準備如申請專利範圍第193至200項中任一項之n型GaN結晶的GaN晶圓的步驟；及在該所準備之GaN晶圓上使GaN磊晶成長的步驟。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007217227A (ja) * 2006-02-16 2007-08-30 Sumitomo Electric Ind Ltd ＧａＮ結晶の製造方法、ＧａＮ結晶基板および半導体デバイス
JP4187175B2 (ja) 2006-03-13 2008-11-26 国立大学法人東北大学 窒化ガリウム系材料の製造方法
JP4395609B2 (ja) * 2006-03-13 2010-01-13 国立大学法人東北大学 窒化ガリウム系材料からなる基板
JP5018423B2 (ja) * 2007-11-20 2012-09-05 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体結晶基板および半導体デバイス
JP2009126723A (ja) 2007-11-20 2009-06-11 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物半導体結晶の成長方法、ｉｉｉ族窒化物半導体結晶基板の製造方法およびｉｉｉ族窒化物半導体結晶基板
JP5310604B2 (ja) * 2010-03-05 2013-10-09 豊田合成株式会社 半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子、ランプ、電子機器、機械装置
JP2011256082A (ja) 2010-06-10 2011-12-22 Sumitomo Electric Ind Ltd ＧａＮ結晶自立基板およびその製造方法
EP3031958B1 (en) 2013-08-08 2017-11-01 Mitsubishi Chemical Corporation Self-standing gan substrate and method for producing semiconductor device
JP6437736B2 (ja) * 2014-05-09 2018-12-12 古河機械金属株式会社 自立基板の製造方法および自立基板
JP6743709B2 (ja) 2015-02-06 2020-08-19 三菱ケミカル株式会社 ＧａＮ単結晶およびＧａＮ単結晶製造方法
WO2018030311A1 (ja) 2016-08-08 2018-02-15 三菱ケミカル株式会社 導電性Ｃ面ＧａＮ基板

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