TWI553144B - Ga 2 O 3 A method for producing a crystalline film - Google Patents

Ga 2 O 3 A method for producing a crystalline film Download PDF

Info

Publication number
TWI553144B
TWI553144B TW101144755A TW101144755A TWI553144B TW I553144 B TWI553144 B TW I553144B TW 101144755 A TW101144755 A TW 101144755A TW 101144755 A TW101144755 A TW 101144755A TW I553144 B TWI553144 B TW I553144B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
crystal film
single crystal
film
temperature
based crystal
Prior art date
Application number
TW101144755A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201331406A (zh
Inventor
Kohei Sasaki
Original Assignee
Tamura Seisakusho Kk
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tamura Seisakusho Kk filed Critical Tamura Seisakusho Kk
Publication of TW201331406A publication Critical patent/TW201331406A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI553144B publication Critical patent/TWI553144B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B23/06—Heating of the deposition chamber, the substrate or the materials to be evaporated
    • C30B23/066—Heating of the material to be evaporated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/002—Controlling or regulating
    • C30B23/005—Controlling or regulating flux or flow of depositing species or vapour
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02414—Oxide semiconducting materials not being Group 12/16 materials, e.g. ternary compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02565—Oxide semiconducting materials not being Group 12/16 materials, e.g. ternary compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/0257—Doping during depositing
    • H01L21/02573—Conductivity type
    • H01L21/02576—N-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

Ga 2 O 3 系結晶膜的製造方法
本發明是關於一種Ga2O3(氧化鎵)系結晶膜的製造方法。
作為以往的Ga2O3系結晶膜製造方法，已知有一種方法，該方法在藍寶石基板等結晶基板上，藉由異質磊晶成長來形成導電性Ga2O3結晶膜(例如，參照專利文獻1)。在專利文獻1中揭示其使用MBE法(分子束磊晶法，Molecular Beam Epitaxy method)形成Ga2O3結晶膜、及使用導電型雜質Sn來增加Ga2O3結晶膜的導電性。
[先前技術文獻] (專利文獻)
專利文獻1：日本特許第4083396號公報
本發明的目的在於：使用MBE法，一邊高精度地控制n型導電性，一邊使Ga2O3系結晶膜在Ga2O3系結晶基板上進行磊晶成長。
本發明的一種態樣，為了達到上述目的，提供以下所述之Ga2O3系結晶膜的製造方法。
[1]一種Ga2O3系結晶膜的製造方法，其使用MBE法(分子束磊晶法)，經由磊晶成長來形成具有導電性的Ga2O3 系結晶膜，其中，包含一步驟，該步驟產生Ga蒸氣及Sn蒸氣，作成分子束，供給至Ga2O3系結晶基板的表面，使含有Sn之Ga2O3系單晶膜成長；並且，藉由加熱已填充至MBE(分子束磊晶)裝置的發射室內的氧化錫來產生前述Sn蒸氣。
[2]如[1]所述的Ga2O3系結晶膜的製造方法，其中，前述氧化錫為SnO2，將前述發射室的溫度設為650℃~925℃來產生前述Sn蒸氣。
[3]如[1]或[2]所述的Ga2O3系結晶膜的製造方法，其中，以0.01~100μm/h的成長速度，使前述Ga2O3單晶進行磊晶成長。
[4]如前述[1]至[3]中任一項所述的Ga2O3系結晶膜的製造方法，其中，前述Ga2O3系結晶膜的載子濃度為1×1014~1×1020/cm3。
[5]如前述[1]所述的Ga2O3系結晶膜的製造方法，其中，前述氧化錫為SnO2，將前述發射室的溫度設為450℃~1080℃來產生Sn蒸氣。
[6]如前述[5]所述的Ga2O3系結晶膜的製造方法，其中，以0.01~100μm/h的成長速度，使前述Ga2O3單晶進行磊晶成長。
[7]如前述[5]所述的Ga2O3系結晶膜的製造方法，其中，以530℃~600℃的成長溫度，使前述Ga2O3單晶進行磊晶成長。
根據本發明，可使用MBE法，一邊高精度地控制n型導電性，一邊使Ga2O3系結晶膜在Ga2O3系結晶基板上進行 磊晶成長。
[實施形態]
本發明人經由研究、調查的結果，發現在使導電性的Ga2O3系結晶膜磊晶成長於由Ga2O3系結晶所構成的基板上的情況，根據對Ga2O3系結晶膜賦予導電性之導電型雜質的原料種類的不同，導電性會受到大幅地影響，而必須使用氧化錫。
藉由磊晶成長，將Ga2O3系結晶膜形成在Ga2O3系結晶基板上的情況，相較於藉由異質磊晶成長，將Ga2O3系結晶膜形成在結晶構造差異大的基板上的情況，可得到高品質的Ga2O3系結晶膜。
本實施形態中，選擇適當的導電型雜質的原料種類和原料的加熱溫度等，並使用分子束磊晶(MBE；Molecular Beam Epitaxy)法，藉由磊晶成長，將具有優異導電性的Ga2O3系結晶膜，形成於Ga2O3系結晶基板上。以下，詳細地說明有關該實施形態的一例。
(Ga2O3系結晶膜)
第1圖是表示關於實施形態的Ga2O3系結晶基板及Ga2O3系結晶膜的垂直剖面圖。
Ga2O3系結晶膜1，是使用MBE法，藉由使Ga2O3系單晶進行磊晶成長於Ga2O3系結晶基板2上而形成。MBE法是一種結晶成長方法，利用被稱為發射室(cell)的蒸發源來加熱由單體或化合物所組成的原料，而藉由加熱所生成的蒸氣作成分子束供給至基板表面，來使磊晶成長。
Ga2O3系結晶膜1，是由含有Sn來作為導電型雜質之n型β-Ga2O3系單晶所構成，此處，所謂的β-Ga2O3系單晶，是β-Ga2O3單晶；以及原本Ga應該佔有的位置被Al等取代後之β-Ga2O3單晶(例如β-(AlxGa1-x)2O3單晶(0<x<1))。Ga2O3系結晶膜1的厚度，例如為10~1000nm程度。
Ga2O3系結晶膜1的載子濃度為1×1014~1×1020/cm3。此載子濃度可藉由後述MBE裝置3的第二發射室13b的成膜溫度來控制。第二發射室13b是填充有SnO2的發射室，SnO2是賦予Ga2O3系結晶膜1導電性之雜質亦即Sn的原料。
Ga2O3系結晶基板2，是由β-Ga2O3系單晶所構成，其藉由添加例如Mg等雜質而成為高電阻化。
Ga2O3系結晶基板2，例如以下述順序來製作。首先，藉由EFG法(定邊膜餵長晶法，Edge-defined Film-fed.Growth Method)，製作出添加有有雜質之半絕緣性β-Ga2O3單晶錠(單晶棒)。作為雜質，例如當取代Ga原本應該佔有的位置時，能使用H、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Mn、Fe、Co、Ni、Pd、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Hg、Tl或Pb等(上述為各元素的元素符號)。又，當取代原本氧應該佔有的位置時，可使用氮(N)或磷(P)。例如，添加Mg的情況，是藉由將MgO粉末混入原料粉末中來進行。為了使Ga2O3系結晶基板2具有良好的絕緣性，可加入0.05mol%以上的MgO。又，亦可藉由FZ法(浮動區熔法，floating zone melting method)來製作半絕緣性β-Ga2O3單晶錠。將製作出來的晶錠，以所希望的晶面方位成為主面的方式，進行切片加工成厚度例如1mm程度而基板化。並 且，經由研磨步驟而加工成300~600μm程度的厚度。
(Ga2O3系結晶膜的製造方法)
第2圖是表示用於形成Ga2O3系結晶膜之MBE裝置的構成的一例。此MBE裝置3，具有以下構件：真空槽10；基板夾持具(holder)11，此夾持具被支撐於真空槽10內，用以保持Ga2O3系結晶基板2；加熱裝置12，用以加熱已保持於基板夾持具11處的Ga2O3系結晶基板2；複數個(二個以上的)發射室13(13a、13b、13c)，這些發射室內填充有用以構成Ga2O3系結晶膜1的原子的原料；加熱器14(14a、14b、14c)，用以加熱發射室13；氣體供給管15，用以供給氧系氣體至真空槽10內；真空泵16，用以排出真空槽10內的空氣。基板夾持具11，可經由轉軸110而構成可藉由未圖示的馬達來作旋轉。
第一發射室13a內，填充有Ga粉末等Ga2O3系結晶膜1的Ga原料。此粉末的Ga的純度在6N以上為佳。第二發射室13b內，填充有Sn的原料亦即氧化錫(SnO2或SnO)粉末，該Sn作為施體而添加於Ga2O3系結晶膜1中。另外，氧化錫不是粉末亦可。第三發射室13c內，例如當Ga2O3系結晶膜1是由β-(AlxGa1-x)2O3單晶所構成的情況，則填有Al原料。第一發射室13a、第二發射室13b、及第三發射室13c的開口部，設有閘門(shutter)。
首先，在MBE裝置3的基板夾持具11上，安裝已預先製作出來的Ga2O3系結晶基板2。之後，啟動真空泵16，將真空槽10內的氣壓減壓至1×10-8Pa程度。而且，藉由加熱裝置12來加熱Ga2O3系結晶基板2。此外，Ga2O3系結晶基板2的加熱，是以加熱裝置12的石墨加熱器等熱源的輻 射熱，隔著基板夾持具11而熱傳導至Ga2O3系結晶基板2的方式來進行。
當Ga2O3系結晶基板2被加熱至規定溫度後，從氣體供給管15供給例如氧自由基這類的氧系氣體至真空槽10內。氧系氣體的氣體分壓，例如為5×10-4Pa。
經過真空槽10內的氣壓安定所需的時間(例如5分鐘)後，一邊使基板夾持具11旋轉，一邊藉由第一加熱器14(14a、14b、14c)來加熱第一發射室13a、第二發射室13b、及必要時亦加熱第三發射室13c，使Ga、Sn、Al蒸發而作成分子束照射至Ga2O3系結晶基板2的表面。
例如，第一發射室13a被加熱至900℃，Ga蒸氣的分子束等效壓力(BEP；Beam Equivalent Pressure)為2×10-4Pa。填充有SnO2的第二發射室13b被加熱至650~925℃，Sn蒸氣的分子束等效壓力，隨著第二發射室13b的溫度而變化。
藉此，在Ga2O3系結晶基板2上，β-Ga2O3系單晶一邊被添加Sn一邊進行磊晶成長，而形成Ga2O3系結晶膜1。
此處，β-Ga2O3系單晶的成長溫度及成長速率，例如各為700℃、0.01~100μm/h。
Ga2O3系結晶膜1的載子濃度為1×1014~1×1020/cm3，此載子濃度可由第二發射室13b的溫度來控制。
(實施形態的效果)
根據本實施方式，使用MBE法，可在Ga2O3系結晶基板上藉由磊晶成長來形成具有優異導電性的Ga2O3系結晶膜。所形成的Ga2O3系結晶膜，可用於Ga2O3系發光元件和Ga2O3系電晶體等半導體裝置的構成零件。
另外，本發明並未限定於上述實施形態，在不超出本發明主旨的範圍內，可實施各種變化。
[實施例] (實施例1)
由實驗來求得：填充有SnO2粉末的第二發射室13b的溫度，與Ga2O3系結晶膜1的載子濃度的關係。
本實施例中，使用由高電阻β-Ga2O3單晶所構成的基板來作為Ga2O3系結晶基板2，該單晶內添加了0.25mol%的Mg。又，作為Ga2O3系結晶膜1，形成了由β-Ga2O3單晶所構成的膜。Ga2O3系結晶基板的主面，設為(010)面。關於基板的晶面方位，並無特別限定，但以Ga2O3系結晶基板的主面而言，由(100)面只旋轉50°以上且90°以下的面為佳。亦即，在Ga2O3系基板中，主面與(100)面所夾的角度θ(0<θ≦90°)在50°以上為佳。作為由(100)面旋轉50°以上且90°以下之晶面，例如有：(010)面、(001)面、(-201)面、(101)面、及(310)面。
又，Ga2O3系結晶膜1，在成膜時的條件，設為：氧系氣體的分壓為5×10-4Pa、第一發射室13a的溫度為900℃、Ga蒸氣的分子束等效壓力為2×10-4Pa、β-Ga2O3單晶的成長溫度為700℃、β-Ga2O3單晶的成長速度為0.7μm/h。
之後，將填充有SnO2的第二發射室13b的溫度，調整在750℃~850℃範圍內來作變化，以此條件來製作各種試料，藉由霍爾效應(Hall effect)測定來測量載子濃度，求出第二發射室13b的溫度與Ga2O3系結晶膜1的載子濃度的關係。
第3圖是藉由在上述條件下的測定所求得，第二發射室13b的溫度與Ga2O3系結晶膜1的載子濃度的關係之圖表。第3圖的橫軸表示填充有SnO2粉末的第二發射室13b的溫度，縱軸表示Ga2O3系結晶膜1的載子濃度。第3圖為半對數圖表，其縱軸的刻度以對數表示。
如第3圖所示，測定值在半對數圖表上幾乎描繪出一直線，隨著第二發射室13b的溫度增加，Ga2O3系結晶膜1的載子濃度亦增加。
又，將β-Ga2O3單晶的成長速度設為n倍時(n為正實數(positive real number))，添加至Ga2O3系結晶膜1的SnO2濃度則成為1/n倍，載子濃度亦成為1/n倍。因此，如第4圖所示，成長速度在0.01~100μm/h時，第二發射室13b地溫度與Ga2O3系結晶膜1的載子濃度的關係，可由成長速度為0.7μm/h時的關係來求得。
此處的0.01~100μm/h，是一般使用的β-Ga2O3單晶的成長速度。當將成長速度設為0.01μm/h的情況，例如只要將填充有Ga原料之第一發射室13a的溫度設為700℃、將氧系氣體的分壓設為1×10-5Pa即可。又，當將成長速度設為100μm/h時，例如只要將第一發射室13a的溫度設為1200℃、將氧系氣體的分壓設為1×10-1Pa即可。
在第4圖中的直線分別表示，當β-Ga2O3單晶的成長速度為0.01μm/h、0.7μm/h、100μm/h時，第二發射室13b的溫度與Ga2O3系結晶膜1的載子濃度的關係。
由第4圖可知，在成長速度為0.01~100μm/h的條件下，若欲得到一般所要求的1×1014~1×1020/cm3範圍內的載子濃度，則只要將填充有SnO2粉末之第二發射室13b的溫 度設為650℃~925℃即可。
此外，無論是使用SnO或SnO2來作為Sn原料，雖然第二發射室13b的溫度範圍不同，但都能高精度地控制Ga2O3系結晶膜的n型導電性。亦即，藉由使用氧化錫來作為Sn原料，可高精度地控制Ga2O3系結晶膜的n型導電性。
另一方面，若不使用氧化錫而使用Sn來作為Sn原料，填充入第二發射室13b內來形成Ga2O3系結晶膜1的情況，不論第二發射室13b的溫度、β-Ga2O3單晶的成長速度等條件為何，都無法得到1×1014/cm3以上的載子濃度。
又，在使用Si來取代氧化錫作為導電型雜質，填充於第二發射室13b內來形成Ga2O3系結晶膜1的情況，雖然原因並不明確，但無法藉由第二發射室13b的溫度來控制矽(Si)蒸氣壓，而無法高精度地控制Ga2O3系結晶膜1中的Si含量。第5圖是藉由實驗所求得之填充有Si的第二發射室13b的溫度與Ga2O3系結晶膜1的載子濃度的關係之圖表。測定條件，與使用氧化錫時的條件相同。如第5圖所示，即使第二發射室13b的溫度設定相同，Ga2O3系結晶膜1的載子濃度也有偏差，也有不具有導電性的情況。又，即使以氧化矽(包含SiO、SiO2)來取代Si使用時，亦無法藉由第二發射室13b的溫度來控制氧化矽的蒸氣壓，並且，與氧化矽的摻雜量無關(即使摻雜至數mol%程度)，也無法得到Ga2O3系結晶膜1的n型導電性。
(實施例2)
由實驗來求得：填充有SnO2粉末的第二發射室13b的溫度，與Ga2O3系結晶膜1的施體濃度的關係。
本實施例中，使用了添加有0.05mol%的Si之n型β- Ga2O3單晶所構成的基板，作為Ga2O3系結晶基板2。又，作為Ga2O3系結晶膜1，形成了由β-Ga2O3單晶所構成的膜。
Ga2O3系結晶基板的主面，設為(010)面。關於基板的晶面方位，並無特別限定，但以Ga2O3系結晶基板的主面而言，由(100)面只旋轉50°以上且90°以下的面為佳。亦即，在Ga2O3系基板中，主面與(100)面所夾的角度θ(0<θ≦90°)在50°以上為佳。作為由(100)面旋轉50°以上且90°以下之晶面，例如有：(010)面、(001)面、(-201)面、(101面)、及(310)面。
Ga2O3系結晶膜1，在成膜時的條件，設為：氧系氣體的分壓為5×10-4Pa、第一發射室13a的溫度為900℃、Ga蒸氣的分子束等效壓力為2×10-4Pa、β-Ga2O3單晶的成長溫度為530℃、570℃、600℃、β-Ga2O3單晶的成長速度為0.7μm/h。
之後，將填充有SnO2的第二發射室13b的溫度，調整在585℃~820℃範圍內來作變化，以此條件來製作各種試料，藉由電容-電壓(C-V)測定來測量施體濃度，求出第二發射室13b的溫度與Ga2O3系結晶膜1的施體濃度的關係。
第6圖是藉由在上述條件下的測定所求得，(將成長溫度設為530℃、570℃、600℃時的)第二發射室13b的溫度與Ga2O3系結晶膜1的施體濃度的關係圖。第6圖的橫軸表示填有SnO2粉末的第二發射室13b的溫度，縱軸表示Ga2O3系結晶膜1的施體濃度。第6圖為半對數圖表，其縱軸的刻度以對數表示。
如第6圖所示，隨著第二發射室13b的溫度增加，Ga2O3 系結晶膜1的施體濃度亦增加。此處，可知若改變成長溫度，則進入(取入)磊晶膜中的SnO2量會發生改變。具體而言，可看出：若降低成長溫度，則進入之SnO2的量有增加的傾向(成長溫度相依性)。然而，在570℃以下時，成長溫度相依性則變小。又，可知若將成長溫度降至570℃以下，則SnO2發射室溫度與施體濃度的關係，與SnO2蒸氣壓曲線呈現一致的斜率。並且，若將成長溫度降至500℃以下，可確認磊晶表面變得粗糙而會生成品質低的結晶膜。因此，將成長溫度(基板溫度)設於530℃至600℃間，以530℃至570℃間更佳，可維持成長中的結晶品質。
又，在將β-Ga2O3單晶的成長速度設為n倍的情況(n為正實數)，添加至Ga2O3系結晶膜1中的SnO2的濃度成為1/n倍，施體濃度亦成為1/n倍。因此，如第7圖所示，成長速度在0.01~100μm/h時，第二發射室13b的溫度與Ga2O3系結晶膜1的施體濃度的關係，可由成長速度為0.7μm/h時的關係來求得。
此處的0.01~100μm/h，是一般使用的β-Ga2O3單晶的成長速度。當將成長速度設為0.01μm/h時，例如只要將填充有Ga原料之第一發射室13a的溫度設為700℃、將氧系氣體的分壓設為1×10-5Pa即可。另外，當將成長速度設為100μm/h時，例如只要將第一發射室13a的溫度設為1200℃、將氧系氣體的分壓設為1×10-1Pa即可。
在第7圖中的各線條分別表示：當β-Ga2O3單晶的成長速度(成長溫度設為570℃)為0.01μm/h、0.7μm/h、100μm/h時，第二發射室13b的溫度與Ga2O3系結晶膜1的施體濃度的關係
由第7圖可知，在成長速度為0.01~100μm/h的條件下，若欲得到一般所要求的1×1014~1×1020/cm3範圍內的施體濃度，則只要將填充有SnO2粉末之第二發射室13b的溫度設為450℃~1080℃即可。
又，於本實施例中，使用了β-Ga2O3單晶作為Ga2O3系結晶膜1來進行實驗，但是，即使是使用了一種原本Ga應該佔有的位置被Al等取代後之β-Ga2O3單晶的情況，亦可得到幾乎相同的結果。
以上，說明了本發明的實施形態及實施例，但是申請專利範圍的發明，並未限定於上述實施形態及實施例。又，應注意實施形態及實施例中所說明的全部特徵的組合，並非皆為解決發明問題的必要手段。
[產業上利用的可能性]
本發明，使用MBE法，能一邊高精度地控制n型導電性，一邊使Ga2O3系結晶膜磊晶成長在Ga2O3系結晶基板上。
1‧‧‧Ga2O3系結晶膜
2‧‧‧Ga2O3系結晶基板
3‧‧‧MBE裝置(分子束磊晶裝置)
10‧‧‧真空槽
11‧‧‧基板夾持具
12‧‧‧加熱裝置
13、13a、13b、13c‧‧‧發射室
14、14a、14b、14c‧‧‧加熱器
15‧‧‧氣體供給管
16‧‧‧真空泵
110‧‧‧轉軸
第1圖是表示關於實施形態的Ga2O3系結晶基板及Ga2O3系結晶膜的垂直剖面圖。
第2圖是表示用於形成Ga2O3系結晶膜之MBE裝置的構成的一例。
第3圖是表示關於實施例1的已填充有SnO2之第二發射室的溫度與Ga2O3系結晶膜的載子濃度的關係之圖表。
第4圖是表示關於實施例1的已填充有SnO2之第二發射室的溫度與Ga2O3系結晶膜的載子濃度的關係之圖表。
第5圖是表示關於比較例的已填充有Si之第二發射室 的溫度與Ga2O3系結晶膜的載子濃度的關係之圖表。
第6圖是表示關於實施例2的已填充有SnO2之第二發射室的溫度與Ga2O3系結晶膜的施體濃度的關係之圖表。
第7圖是表示關於實施例2的已填充有SnO2之第二發射室的溫度與Ga2O3系結晶膜的施體濃度的關係之圖表。

Claims (8)

  1. 一種Ga2O3系結晶膜的製造方法，其使用MBE法，藉由磊晶成長來形成具有導電性的Ga2O3系結晶膜，其中，包含一步驟，該步驟產生Ga蒸氣及Sn蒸氣，作成分子束，供給至Ga2O3系結晶基板的表面，形成含有Sn之Ga2O3系單晶膜；並且，藉由加熱已填充至MBE裝置的發射室內的氧化錫來產生前述Sn蒸氣，且藉由在產生前述Sn蒸氣時的前述發射室的溫度來控制前述Ga2O3系單晶膜的載子濃度。
  2. 一種Ga2O3系結晶膜的製造方法，其使用MBE法，藉由磊晶成長來形成具有導電性的Ga2O3系結晶膜，其中，包含一步驟，該步驟產生Ga蒸氣及Sn蒸氣，作成分子束，供給至Ga2O3系結晶基板的表面，形成含有Sn之Ga2O3系單晶膜；並且，藉由加熱已填充至MBE裝置的發射室內的氧化錫來產生前述Sn蒸氣，此時，前述氧化錫為SnO2，將前述發射室的溫度設為650℃~925℃來產生前述Sn蒸氣。
  3. 如請求項2所述的Ga2O3系結晶膜的製造方法，其中，以0.01~100μm/h的成長速度，使Ga2O3系單晶進行磊晶成長來形成前述Ga2O3系單晶膜。
  4. 如請求項2所述的Ga2O3系結晶膜的製造方法，其中，前述Ga2O3系單晶膜的載子濃度為1×1014~1×1020/cm3。
  5. 如請求項3所述的Ga2O3系單晶膜的製造方法，其中， 前述Ga2O3系結晶膜的載子濃度為1×1014~1×1020/cm3。
  6. 一種Ga2O3系結晶膜的製造方法，其使用MBE法，藉由磊晶成長來形成具有導電性的Ga2O3系結晶膜，其中，包含一步驟，該步驟產生Ga蒸氣及Sn蒸氣，作成分子束，供給至Ga2O3系結晶基板的表面，形成含有Sn之Ga2O3系單晶膜；並且，藉由加熱已填充至MBE裝置的發射室內的氧化錫來產生前述Sn蒸氣，此時，前述氧化錫為SnO2，將前述發射室的溫度設為450℃~1080℃來產生Sn蒸氣。
  7. 如請求項6中所述的Ga2O3系結晶膜的製造方法，其中，以0.01~100μm/h的成長速度，使Ga2O3系單晶進行磊晶成長來形成前述Ga2O3系單晶膜。
  8. 如請求項6中所述的Ga2O3系結晶膜的製造方法，其中，以530℃~600℃的成長溫度，使Ga2O3系單晶進行磊晶成長來形成前述Ga2O3系單晶膜。
TW101144755A 2011-11-29 2012-11-29 Ga 2 O 3 A method for producing a crystalline film TWI553144B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011260493 2011-11-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201331406A TW201331406A (zh) 2013-08-01
TWI553144B true TWI553144B (zh) 2016-10-11

Family

ID=48535425

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW101144755A TWI553144B (zh) 2011-11-29 2012-11-29 Ga 2 O 3 A method for producing a crystalline film

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9657410B2 (zh)
EP (1) EP2800128A4 (zh)
JP (1) JP6082700B2 (zh)
TW (1) TWI553144B (zh)
WO (1) WO2013080972A1 (zh)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5984069B2 (ja) * 2013-09-30 2016-09-06 株式会社タムラ製作所 β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の成長方法、及び結晶積層構造体
JP5828568B1 (ja) * 2014-08-29 2015-12-09 株式会社タムラ製作所 半導体素子及びその製造方法
JP6535204B2 (ja) * 2015-04-23 2019-06-26 株式会社タムラ製作所 Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の形成方法
JP2017041593A (ja) * 2015-08-21 2017-02-23 株式会社タムラ製作所 Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の形成方法
JP6705962B2 (ja) * 2016-06-03 2020-06-03 株式会社タムラ製作所 Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の成長方法及び結晶積層構造体
RU2657674C1 (ru) * 2017-08-14 2018-06-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) Способ получения гетероструктуры Mg(Fe1-xGax)2O4/Si со стабильной межфазной границей
CN110923665B (zh) * 2019-11-27 2021-08-24 太原理工大学 一种具有择优取向的Ga2O3和SnO2混相膜的制备方法
TR202019031A2 (tr) * 2020-11-25 2021-02-22 Univ Yildiz Teknik Yüksek kalitede hetero epitaksiyel monoklinik galyum oksit kristali büyütme metodu
US20240249954A1 (en) * 2021-05-13 2024-07-25 Ohio State Innovation Foundation IN SITU DAMAGE FREE ETCHING OF Ga2O3 USING Ga FLUX FOR FABRICATING HIGH ASPECT RATIO 3D STRUCTURES
WO2023073404A1 (en) 2021-10-27 2023-05-04 Silanna UV Technologies Pte Ltd Methods and systems for heating a wide bandgap substrate
WO2023084275A1 (en) 2021-11-10 2023-05-19 Silanna UV Technologies Pte Ltd Ultrawide bandgap semiconductor devices including magnesium germanium oxides
CN118369767A (zh) 2021-11-10 2024-07-19 斯兰纳Uv科技有限公司 外延氧化物材料、结构和装置
WO2023084274A1 (en) 2021-11-10 2023-05-19 Silanna UV Technologies Pte Ltd Epitaxial oxide materials, structures, and devices
CN114808118B (zh) * 2022-04-29 2024-05-17 杭州富加镓业科技有限公司 一种在导电型氧化镓衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的方法及分子束外延设备
CN115928014B (zh) * 2022-11-23 2024-06-14 西安邮电大学 一种β相氧化镓薄膜及其制备和掺杂方法
CN115838971B (zh) * 2023-02-14 2023-06-13 楚赟精工科技(上海)有限公司 氧化镓薄膜及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4083396B2 (ja) * 2000-07-10 2008-04-30 独立行政法人科学技術振興機構 紫外透明導電膜とその製造方法
JP2008303119A (ja) * 2007-06-08 2008-12-18 Nippon Light Metal Co Ltd 高機能性Ｇａ２Ｏ３単結晶膜及びその製造方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1598450B1 (en) 2003-02-24 2011-09-21 Waseda University Beta-Ga2O3 SINGLE CRYSTAL GROWING METHOD
JP4803634B2 (ja) * 2004-10-01 2011-10-26 学校法人早稲田大学 ｐ型Ｇａ２Ｏ３膜の製造方法およびｐｎ接合型Ｇａ２Ｏ３膜の製造方法
JP5807282B2 (ja) 2011-09-08 2015-11-10 株式会社タムラ製作所 Ｇａ２Ｏ３系半導体素子

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4083396B2 (ja) * 2000-07-10 2008-04-30 独立行政法人科学技術振興機構 紫外透明導電膜とその製造方法
JP2008303119A (ja) * 2007-06-08 2008-12-18 Nippon Light Metal Co Ltd 高機能性Ｇａ２Ｏ３単結晶膜及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP6082700B2 (ja) 2017-02-15
TW201331406A (zh) 2013-08-01
EP2800128A4 (en) 2015-02-25
EP2800128A1 (en) 2014-11-05
US9657410B2 (en) 2017-05-23
JPWO2013080972A1 (ja) 2015-04-27
WO2013080972A1 (ja) 2013-06-06
US20140331919A1 (en) 2014-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI553144B (zh) Ga 2 O 3 A method for producing a crystalline film
JP5665094B2 (ja) ｎ型ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体
US11047067B2 (en) Crystal laminate structure
US10358742B2 (en) Ga2O3-based crystal film, and crystal multilayer structure
WO2013035845A1 (ja) Ｇａ2Ｏ3系半導体素子
US20160265137A1 (en) METHOD FOR GROWING BETA-Ga2O3-BASED SINGLE CRYSTAL FILM, AND CRYSTALLINE LAYERED STRUCTURE
JP6758569B2 (ja) 高耐圧ショットキーバリアダイオード
JP5866727B2 (ja) β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜の製造方法及び結晶積層構造体
JP2013056803A (ja) β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法
JP5031651B2 (ja) 炭化珪素単結晶インゴットの製造方法
TWI677602B (zh) β－ＧａＯ系單晶基板
WO2013035841A1 (ja) Ｇａ2Ｏ3系ＨＥＭＴ
TW200848556A (en) Single crystal of ZnO mixed crystal containing Mg, laminated body thereof and method for manufacturing them
Mokhov et al. Specific features of sublimation growth of bulk AlN crystals on SiC wafers
JP6875708B2 (ja) 結晶積層構造体、及びそれを製造する方法
JP4908467B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体結晶の製造方法
JP6846754B2 (ja) 結晶積層構造体
CN113502534A (zh) 一种Ce掺杂拓扑绝缘体碲化铋单晶薄膜的制备方法
Mokhov et al. Sublimation growth of bulk AlN crystals on SiC seeds
CN110578170B (zh) ScAlMgO4单晶及器件
Sasaki et al. Method for producing Ga 2 O 3 based crystal film
Shengurov et al. Methods for the doping of silicon layers in growth by sublimation MBE
JP2014210707A (ja) β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶基板、及び結晶積層構造体
JP2016115794A (ja) 窒化物半導体テンプレートの製造方法
Wu et al. Effect of Annealing on the Morphology and Photoluminescence of ZnO Thin Films Prepared by RF Magnetron Sputtering

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees