TWI609105B - β-Ga 2 O 3 Single crystal growth method, and β-Ga 2 O 3 Monocrystalline substrate and its manufacturing method (2) - Google Patents

β-Ga 2 O 3 Single crystal growth method, and β-Ga 2 O 3 Monocrystalline substrate and its manufacturing method (2) Download PDF

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Description

β-Ga 2 O 3 系單晶的培育方法、以及β-Ga 2 O 3 系單晶基板及其製造方法(二)
本發明有關β-Ga2O3系單晶的培育方法、以及β-Ga2O3系單晶基板及其製造方法。
以往，已知一種藉由限邊饋膜生長法(Edge-defined Film-fed Growth method，EFG法)使Ga2O3(三氧化二鎵)單晶成長的方法(例如，參照專利文獻1)。根據專利文獻1所述之方法，一面從與晶種接觸的部分將Ga2O3單晶往下緩慢地增加寬度，亦即一面擴肩，一面使Ga2O3單晶成長，藉此可得到比晶種的寬度更大的平板狀結晶。
[先前技術文獻]
(專利文獻)
專利文獻1：日本特開2006-312571號公報
然而，專利文獻1所揭示之方法中，在寬度方向擴肩的步驟會有Ga2O3單晶容易雙晶化的問題。
因此，本發明的目的，在於提供一種β-Ga2O3系單晶的培育方法，其可得到寬度大的β-Ga2O3系晶種，該β -Ga2O3系晶種用於抑制往寬度方向的擴肩而培育平板狀β-Ga2O3系單晶。又，另一目的，在於提供一種β-Ga2O3系單晶基板的製造方法，其使用寬度大的β-Ga2O3系晶種，該β-Ga2O3系晶種是從藉由前述培育方法培育而成的β-Ga2O3系單晶所得到。又，另一目的，在於提供一種β-Ga2O3系單晶基板，其藉由此製造方法所製造而成。
本發明之一態樣，為了達成上述目的，提供下述[1]~[7]之β-Ga2O3系單晶的培育方法。
[1]一種β-Ga2O3系單晶的培育方法，其使用限邊饋膜生長法，且包含下述步驟：使坩鍋內之Ga2O3系熔融液，通過模具的狹縫，上升至前述模具的開口部為止，且晶種的水平方向的位置從前述模具的寬度方向的中心，在前述寬度方向偏移，在此狀態下，使前述晶種與位於前述模具的開口部之前述Ga2O3系熔融液接觸；及，提拉已與前述Ga2O3系熔融液接觸之前述晶種，而使β-Ga2O3系單晶成長。
[2]如前述[1]所述之β-Ga2O3系單晶的培育方法，其中，前述晶種的水平方向的位置位於前述模具的前述寬度方向的端部上，在此狀態下，使前述晶種與位於前述模具的開口部之前述Ga2O3系熔融液接觸。
[3]如前述[1]或[2]所述之β-Ga2O3系單晶的培育方法，其中，使前述β-Ga2O3系單晶在b軸方向成長。
[4]如前述[1]或[2]所述之β-Ga2O3系單晶的培育方法，其中，前述β-Ga2O3系單晶是以(101)面、(-201)面或(001) 面作為主面之平板狀單晶。
[5]如前述[1]或[2]所述之β-Ga2O3系單晶的培育方法，其中進而包含下述步驟：從前述β-Ga2O3系單晶切出第2晶種；使第2坩鍋內之第2的Ga2O3系熔融液，通過第2模具的狹縫，上升至前述第2模具的開口部為止，並使前述第2晶種與位於前述第2模具的開口部之前述第2的Ga2O3系熔融液接觸；及，提拉已與前述第2的Ga2O3系熔融液接觸之前述第2晶種，在將第2的β-Ga2O3系單晶在厚度方向進行擴肩後，使該第2的β-Ga2O3系單晶成長為平板狀。
[6]如前述[5]所述之β-Ga2O3系單晶的培育方法，其中，前述第2晶種是從下述兩者之間的區域所切出：在前述β-Ga2O3系單晶成長時，位於前述晶種的正下方的第1區域；與前述β-Ga2O3系單晶的前述寬度方向的兩端部中的從前述第1區域算起的距離較大之端部。
[7]如前述[5]所述之β-Ga2O3系單晶的培育方法，其中進而包含下述步驟：從前述第2的β-Ga2O3系單晶切出第3晶種；使第3坩鍋內之第3的Ga2O3系熔融液，通過第3模具的狹縫，上升至前述第3模具的開口部為止，並使前述第3晶種與位於前述第3模具的開口部之前述第3的Ga2O3系熔融液接觸；及，提拉已與前述第3的Ga2O3系熔融液接觸之前述第3晶種，使第3的β-Ga2O3系單晶成長。
又，本發明之另一態樣，為了達成上述目的，提供下述[8]之β-Ga2O3系單晶基板的製造方法。
[8]一種β-Ga2O3系單晶基板的製造方法，其中， 將如前述[5]或[6]所述之第2的β-Ga2O3系單晶、或如前述[7]所述之第3的β-Ga2O3系單晶，加工成β-Ga2O3系單晶基板。
又，本發明之另一態樣，為了達成上述目的，提供下述[9]之β-Ga2O3系單晶基板。
[9]一種β-Ga2O3系單晶基板，其藉由如前述[8]所述之β-Ga2O3系單晶基板的製造方法所製造而成。
根據本發明，可以提供一種β-Ga2O3系單晶的培育方法，其可得到寬度大的β-Ga2O3系晶種，而該β-Ga2O3系晶種用於在抑制往寬度方向的擴肩的情況來培育平板狀β-Ga2O3系單晶。又，可提供一種β-Ga2O3系單晶基板的製造方法，其使用寬度大的β-Ga2O3系晶種，該β-Ga2O3系晶種是從藉由前述培育方法所培育之β-Ga2O3系單晶而得到。又，可提供一種β-Ga2O3系單晶基板，其藉由此製造方法所製造而成。
2‧‧‧單位晶格
10a‧‧‧限邊饋膜生長法結晶製造裝置
10b‧‧‧限邊饋膜生長法結晶製造裝置
10c‧‧‧限邊饋膜生長法結晶製造裝置
12‧‧‧Ga2O3系熔融液
13‧‧‧坩堝
14‧‧‧模具
14b‧‧‧開口部
15‧‧‧蓋子
20‧‧‧晶種
21‧‧‧晶種保持器
25‧‧‧β-Ga2O3系單晶
26‧‧‧主面
27‧‧‧雙晶面
28a‧‧‧端部
29b‧‧‧端部
30‧‧‧晶種
34‧‧‧模具
34b‧‧‧開口部
35‧‧‧β-Ga2O3系單晶
36‧‧‧主面
40‧‧‧晶種
44‧‧‧模具
44b‧‧‧開口部
45‧‧‧β-Ga2O3系單晶
46‧‧‧主面
125‧‧‧β-Ga2O3系單晶
126‧‧‧主面
127‧‧‧雙晶面
R0‧‧‧區域
R1‧‧‧區域
T‧‧‧厚度方向
W‧‧‧寬度方向
第1圖是實施形態之限邊饋膜生長法結晶製造裝置的一部分的垂直剖面圖。
第2圖是表示實施形態之β-Ga2O3系單晶成長中的狀態的斜視圖。
第3圖是表示β-Ga2O3系結晶的單位晶格。
第4A圖是表示比較例之β-Ga2O3系單晶成長中的狀態的側面圖。
第4B圖是比較例之β-Ga2O3系單晶的水平方向的剖面圖。
第4C圖是表示比較例之從β-Ga2O3系單晶的寬度方向的中心算起的距離與雙晶面的數量之關係的圖表。
第5A圖是表示實施形態之β-Ga2O3系單晶成長中的狀態的側面圖。
第5B圖是第5A圖之β-Ga2O3系單晶的水平方向的剖面圖。
第6A圖是實施形態的變化例之β-Ga2O3系單晶成長中的狀態的側面圖。
第6B圖是第6A圖之β-Ga2O3系單晶的水平方向的剖面圖。
第7圖是表示使用從實施形態之β-Ga2O3系單晶所切出的晶種，培育新的β-Ga2O3系單晶的狀態的斜視圖。
第8圖是表示使用從實施形態之β-Ga2O3系單晶所切出的晶種，培育新的β-Ga2O3系單晶的狀態的斜視圖。
第9圖是表示實施形態之β-Ga2O3系單晶基板的製造步驟的一例的流程圖。
〔實施形態〕
第1圖是實施形態之限邊饋膜生長法結晶製造裝置的一部分的垂直剖面圖。此限邊饋膜生長法結晶製造裝置10a具有：坩堝13，其容納Ga2O3系熔融液12；模具14，其具有狹縫14a，並設置於此坩堝13內；蓋子15，其以使模具14的 包含開口部14之頂面露出的方式，將坩堝13的開口部封閉；晶種保持器21，其保持β-Ga2O3系晶種(以下稱為「晶種」)20；及，軸22，其將晶種保持器21支撐成可升降。
坩堝13容納有熔解Ga2O3系材料而得之Ga2O3系熔融液12。坩堝13是由銥(Ir)等的具有高耐熱性的材料所構成，可容納Ga2O3系熔融液12。
模具14具有狹縫14a，其可藉由毛細管現象來使Ga2O3系熔融液12上升。模具14與坩堝13同樣地，是由銥等的具有高耐熱性的材料所構成。
蓋子15防止高溫的Ga2O3系熔融液12從坩堝13蒸發，並防止蒸發物附著於坩堝13外之構件上。
第2圖是表示實施形態之β-Ga2O3系單晶成長中的狀態的斜視圖。
此處，將模具14的寬度方向及厚度方向，分別設為寬度方向W、厚度方向T。寬度方向W垂直於β-Ga2O3系單晶25的成長方向，並平行於主面26。又，厚度方向T平行於平板狀β-Ga2O3系單晶25的厚度方向。
首先，使坩鍋13內之Ga2O3系熔融液12，通過模具14的狹縫14a，上升至模具14的開口部14b為止，且晶種20的水平方向的位置從模具14的寬度方向W的中心，在寬度方向W偏移，在此狀態下，使晶種20與位於模具14的開口部14b之Ga2O3系熔融液12接觸。此時，較佳是晶種20的水平方向的位置位於模具14的寬度方向W的端部上，在此狀態下，使晶種20接觸將模具14的頂面覆蓋之Ga2O3系熔 融液12。
其次，在垂直方向提拉已與Ga2O3系熔融液12接觸之晶種20，而使β-Ga2O3系單晶25成長。
第2圖是表示下述狀態：晶種20的水平方向的位置位於模具14的寬度方向W的端部上，在此狀態下，使晶種20接觸將模具14的頂面覆蓋之Ga2O3系熔融液12，而提拉該晶種20。
β-Ga2O3系單晶25的晶體方位(crystal orientation)與晶種20的晶體方位相同。β-Ga2O3系單晶25的主面26，例如，以b軸方向培育時，是(101)面、(-201)面、(001)面；以c軸方向培育時，是(010)面。
β-Ga2O3系單晶25及晶種20，是β-Ga2O3系單晶，或添加有Mg(鎂)、Fe(鐵)、Cu(銅)、Ag(銀)、Zn(鋅)、Cd(鎘)、Al(鋁)、In(銦)、Si(矽)、Ge(鍺)、Sn(錫)、Nb(鈮)等元素之β-Ga2O3系單晶。
第3圖是表示β-Ga2O3系結晶的單位晶格(unit lattice)。第3圖中的單位晶格2是β-Ga2O3系結晶的單位晶格。β-Ga2O3系結晶具有屬於單斜晶系之「β-gallia」結構，而不含雜質的β-Ga2O3系結晶的典型晶格常數(lattice constant)是a0=12.23Å、b0=3.04Å、c0=5.80Å、α=γ=90°、β=103.8°。
β-Ga2O3系單晶，其(100)面的解理性(cleavability)較強，而在結晶成長的擴肩過程中，容易產生以(100)面作為雙晶面(對稱面)之雙晶。因此，為了儘可能從β-Ga2O3系單晶 25切出較大之不含雙晶的結晶，較佳是以(100)面平行於β-Ga2O3系單晶25的成長方向的方式，例如在b軸方向或c軸方向，使β-Ga2O3系單晶25成長。
尤其，因為β-Ga2O3系單晶25具有易於朝b軸方向成長的性質，所以更佳是使β-Ga2O3系單晶25在b軸方向成長。
本實施形態，其特徵在於：晶種20的水平方向的位置從模具14的寬度方向W的中心，在寬度方向W偏移，在此狀態下，使晶種20接觸位於模具14的開口部14b之Ga2O3系熔融液12，並提拉該晶種20。以下，比較以往的方法，說明本實施形態的此特徵。
第4A圖是表示比較例之β-Ga2O3系單晶125成長中的狀態的側面圖。β-Ga2O3系單晶125是藉由以往的方法，亦即，藉由以下方法所培育的單晶：晶種20的水平方向的位置位於模具14的寬度方向W的中心上，在此狀態下，使晶種20接觸位於模具14的開口部14b之Ga2O3系熔融液12，並提拉該晶種20。
模具14的水平方向的中心位置，與坩鍋13的水平方向的中心位置幾乎一致。因此，將模具14的頂面覆蓋之Ga2O3系熔融液12的寬度方向W的溫度分布，是以模具14的寬度方向W的中心位置為中心，而成對稱。因此，藉由使晶種接觸溫度分布的中心，可較易於控制單晶的生長溫度。因此，以往是使用第4A圖所示的方法。
β-Ga2O3系單晶125中的雙晶面127，是在培育β -Ga2O3系單晶125培育時進行寬度方向W擴肩的步驟中產生，而若晶種20中不存在雙晶面，則β-Ga2O3系單晶125的位於晶種20正下方的區域幾乎不會產生雙晶面127。
第4B圖是β-Ga2O3系單晶125的水平方向的剖面圖。第4B圖是β-Ga2O3系單晶125的主面126的面方位為(-201)時的示意圖。第4B圖中的區域R0是表示在β-Ga2O3系單晶125成長時，位於晶種20正下方的區域。
第4C圖是表示從β-Ga2O3系單晶125的寬度方向W的中心算起的距離與雙晶面的數量之關係的圖表。第4C圖的橫軸是表示從β-Ga2O3系單晶125的寬度方向W的中心算起的距離；縱軸則表示，以橫軸的各個距離為中心，在其寬度10mm的區域內的雙晶面127的數量。第4C圖所示之雙晶面127的數量，是主面的面方位為(-201)之10個β-Ga2O3系單晶125的平均值。
第4C圖表示愈靠近晶種20，β-Ga2O3系單晶125中的雙晶面127的數量愈多，而在離開晶種20的位置則不易產生雙晶面。在第4B圖所示之β-Ga2O3系單晶125中，將寬度方向W的端部的區域R1切出，該區域R1不含雙晶面127，而可得到不含雙晶之β-Ga2O3系單晶。
本實施形態，是利用在β-Ga2O3系單晶中，離開晶種的位置不易產生雙晶面的性質而完成。根據本實施形態，晶種20的水平方向的位置從模具14的寬度方向W的中心，在寬度方向W偏移，在此狀態下使β-Ga2O3系單晶25成長，因此β-Ga2O3系單晶25之中，在β-Ga2O3系單晶25成長時， 位於晶種20正下方的區域的兩邊區域，其中面積較大一邊的區域的端部側，其從晶種20算起的距離較大，較不易產生雙晶。
第5A圖是表示實施形態之β-Ga2O3系單晶25成長中的狀態的側面圖。第5B圖是第5A圖之β-Ga2O3系單晶25的水平方向的剖面圖。第5B圖是β-Ga2O3系單晶25的主面26的面方位為(-201)時的示意圖。第5B圖中之區域R0是表示在β-Ga2O3系單晶25成長時，位於晶種20正下方的區域。
第5A圖、第5B圖所示之β-Ga2O3系單晶25，在下述狀態下所培育而成：晶種20的水平方向的位置，從模具14的寬度方向W的中心，在寬度方向W偏移。
β-Ga2O3系單晶25的寬度方向W的兩端部28a、28b，其中從區域R0算起的距離較大之端部28a與區域R0之間的區域(區域R0左側的區域)，相較於從區域R0算起的距離較小之端部28b與區域R0之間的區域(區域R0右側的區域)，其不含雙晶面的部分的寬度較大。
因此，端部28b與區域R0之間的區域所含之區域R2，其不含雙晶面27，可從該區域R2切出不含雙晶之β-Ga2O3系單晶25。
第6A圖是表示實施形態的變化例之β-Ga2O3系單晶25成長中的狀態的側面圖。第6B圖是第6A圖之β-Ga2O3系單晶25的水平方向的剖面圖。第6B圖是β-Ga2O3系單晶25的主面26的面方位為(-201)時的示意圖。
第6A圖、第6B圖所示之β-Ga2O3系單晶25，是在 下述狀態下所培育而成：晶種20的水平方向的位置，位於模具14的寬度方向W的端部上。
在此例中，區域R0在端部28b上方，區域R0與端部28b之間的區域面積為0，另外在區域R0與端部28a之間的區域，則存在更大的不含雙晶面之區域R2。因此，可從區域R2切出更大的不含雙晶之β-Ga2O3系單晶。
第5B圖、第6B圖所示之β-Ga2O3系單晶25的區域R2的寬度，大於β-Ga2O3系單晶125的區域R1的寬度，且可從β-Ga2O3系單晶25切出不含雙晶之β-Ga2O3系單晶的寬度，大於可從β-Ga2O3系單晶125切出不含雙晶之β-Ga2O3系單晶的寬度。
再者，第5B圖、第6B圖所示之區域R2的寬度，則取決於最後得到之β-Ga2O3系單晶基板的直徑。例如，製造直徑2吋之β-Ga2O3系單晶基板時，區域R2的寬度較佳是大於2吋。
從β-Ga2O3系單晶25所切出的不含雙晶之β-Ga2O3系單晶，是為了培育已抑制往寬度方向W的擴肩之β-Ga2O3系平板狀結晶，而作為寬度大的β-Ga2O3系晶種使用。然而，並非從β-Ga2O3系單晶25所切出之結晶完全不可含有雙晶，而是只要寬度方向W的端部稍微含有雙晶的程度即可。這是因為，例如，在最後得到的β-Ga2O3系單晶基板的外緣附近，雙晶的存在幾乎不會成為問題的緣故。
再者，以在β-Ga2O3系單晶25的成長方向分離的方式，將從β-Ga2O3系單晶25所切出的不含雙晶之β-Ga2O3 系單晶切割，藉此可得到複數個β-Ga2O3系晶種。
第7圖是表示使用從β-Ga2O3系單晶25所切出的晶種30，來培育新的β-Ga2O3系單晶35的狀態的斜視圖。
晶種30是從β-Ga2O3系單晶25所切出的不含雙晶或幾乎不含雙晶之β-Ga2O3系單晶。從β-Ga2O3系單晶25的區域R2切出晶種30時，晶種30的寬度(寬度方向W的大小)等於區域R2的寬度。
因為β-Ga2O3系單晶35的培育不含在寬度方向W擴肩的步驟，所以β-Ga2O3系單晶35的寬度幾乎等於晶種30的寬度。又，因為不進行β-Ga2O3系單晶35在寬度方向W的擴肩，所以模具34的寬度較佳是在晶種30的寬度以下。又，模具34的寬度等於或小於模具14的寬度。
另一方面，因為β-Ga2O3系單晶35的培育包含在厚度方向T擴肩的步驟，所以β-Ga2O3系單晶35的厚度大於晶種30的厚度。例如，使用厚度6mm的晶種30，來培育厚度18mm的β-Ga2O3系單晶35。又，因為進行β-Ga2O3系單晶35的厚度方向T的擴肩，所以模具34的厚度大於晶種30的厚度。又，模具34的厚度大於模具14的厚度。
再者，β-Ga2O3系單晶35的厚度方向T的擴肩，與寬度方向的擴肩不同，較不易產生雙晶。
在使晶種30的主面26朝向水平方向的狀態下，培育β-Ga2O3系單晶35，藉此可使β-Ga2O3系單晶35的主面36的面方位，與β-Ga2O3系單晶25的主面26的面方位一致。例如，可從主面26的面方位為(101)、(-201)或(001)之β-Ga2O3 系單晶25切出晶種30，然後使用晶種30來培育主面36的面方位為(101)、(-201)或(001)之β-Ga2O3系單晶35。
可從β-Ga2O3系單晶35擴肩後所培育之平板狀區域，切出比晶種30更厚的晶種。其次，說明該方法的一例。
例如，培育平板狀部分的厚度為18mm的β-Ga2O3系單晶35後，將晶種30與β-Ga2O3系單晶35分離，沿著垂直於培育方向之方向，以20~40mm的厚度來切割β-Ga2O3系單晶35。首先，經由熱蠟將β-Ga2O3系單晶35固定至碳系載台上。將已固定至碳系載台上之β-Ga2O3系單晶35設置於切割機上，並使用鑽石刀片(diamond blade)進行切割。鑽石刀片的粒度較佳是#200~#600(依據日本工業規格JIS B4131規定)的程度，切割速度較佳是約每分鐘6~10mm。進行切割後，加熱而將分離後的晶種30、及沿著垂直於培育方向之方向以20~40mm的寬度切割後之β-Ga2O3系單晶35，從碳系載台上取下。以20~40mm的寬度切割後之β-Ga2O3系單晶35，則各自成為新的晶種。
第8圖是表示使用從β-Ga2O3系單晶35所切出的晶種40來培育新的β-Ga2O3系單晶45的狀態的斜視圖。
晶種40是從β-Ga2O3系單晶35的平板狀區域所切出的不含雙晶或幾乎不含雙晶之β-Ga2O3系單晶。例如，以與β-Ga2O3系單晶35的成長方向垂直之面，將β-Ga2O3系單晶35的平板狀區域切割，藉此得到晶種40，該晶種40的寬度與厚度，等於β-Ga2O3系單晶35的寬度與厚度。
藉由使用晶種40，可不進行在寬度方向W及厚度方 向T的擴肩，而重複培育較厚的β-Ga2O3系單晶45，該β-Ga2O3系單晶45可切出較多基板。
因為β-Ga2O3系單晶45的培育不含在寬度方向W擴肩的步驟，所以可抑制β-Ga2O3系單晶45的雙晶化。又，因為β-Ga2O3系單晶45的培育不含在厚度方向T擴肩的步驟，所以β-Ga2O3系單晶45幾乎全部是可切出基板之平板狀區域，並可降低基板製造的運轉成本。
因為β-Ga2O3系單晶45不進行在寬度方向W及厚度方向T的擴肩，所以模具44的寬度及厚度亦可等於模具34，且作為模具44，亦可使用模具34。
在使晶種40的主面36朝水平方向的狀態下，培育β-Ga2O3系單晶45，藉此可使β-Ga2O3系單晶45的主面46的面方位，與β-Ga2O3系單晶35的主面36的面方位一致。例如，可從主面36的面方位為(101)、(-201)或(001)之β-Ga2O3系單晶35切出晶種40，然後使用晶種40來培育主面46的面方位為(101)、(-201)或(001)之β-Ga2O3系單晶45。
其次，說明從所培育的β-Ga2O3系單晶45來製造β-Ga2O3系單晶基板的方法的一例。
第9圖是表示β-Ga2O3系單晶基板的製造步驟的一例的流程圖。以下，使用此流程圖來進行說明。
首先，例如，在培育厚度為18mm的β-Ga2O3系單晶45後，為了緩和培育單晶時的熱應變(thermal strain)與提升電特性而進行退火(階段S1)。氣氛較佳是氮氣氛，但是亦可以是氬氣(Ar)或氦氣(He)等其他惰性氣氛。退火保持溫度較 佳是1400~1600℃。在保持溫度下退火時間是6~10小時為佳。
其次，因為要進行晶種40與β-Ga2O3系單晶45之分離，所以使用鑽石刀片來進行切割(階段S2)。首先，經由熱蠟將β-Ga2O3系單晶45固定至碳系載台上。將固定至碳系載台上之β-Ga2O3系單晶45設置於切割機上，並進行切割。刀片的粒度是#200~#600(依據日本工業規格JIS B4131規定)的程度為佳，切割速度較佳是約每分鐘6~10mm。切割後，加熱將β-Ga2O3系單晶45從碳系載台上取下。
其次，使用超音波加工機(ultrasonic machine)及線切割放電加工機(wire electrical discharge machine)，將β-Ga2O3系單晶45的外緣加工成圓形。又，亦可在外緣的所希望的位置形成定向平面(orientation flat)。
其次，利用多線鋸切割機(multi-wire saw)，以1mm程度的厚度，將加工成圓形的β-Ga2O3系單晶45切片，而得到β-Ga2O3系單晶基板(階段S4)。在此步驟中，可依所希望的偏置角(offset angle)進行切片。較佳是使用固定磨粒式的線鋸。研磨速度較佳是每分鐘0.125~0.3mm的程度。
其次，為了緩和加工應變及提升電特性、提升透明性，而對β-Ga2O3系單晶基板施以退火(階段S5)。升溫時在氧氣氛下進行退火，而升溫後並保持溫度的期間，則切換為氮氣氛，再進行退火。保持溫度的期間的氣氛亦可以是氬氣或氦氣等其他惰性氣氛。保持溫度較佳是在1400~1600℃。
其次，對β-Ga2O3系單晶基板的邊緣，以所希望的角度施以倒角(斜面)加工(階段S6)。
其次，使用鑽石的研削磨石，將β-Ga2O3系單晶基板磨削至所希望的厚度為止(階段S7)。磨石的粒度較佳是#800~1000(依據日本工業規格JIS B4131規定)的程度。
其次，使用研磨平台及鑽石漿料(diamond slurry)，將β-Ga2O3系單晶基板研磨至所希望的厚度為止(階段S8)。研磨平台較佳是金屬系或玻璃系的材質。鑽石漿料的粒徑較佳是0.5μm的程度。
其次，使用拋光布(polishing cloth)及CMP(chemical mechanical polishing，化學機械研磨)用的漿料，將β-Ga2O3系單晶基板研磨至得到原子等級的平坦性為止(階段S9)。拋光布是耐綸(nylon)、生絲(raw silk)、聚氨酯等材質為佳。漿料是使用矽酸膠(膠體二氧化矽，colloidal silica)為佳。CMP步驟後之β-Ga2O3系單晶基板的主面的平均粗糙度是約Ra0.05~0.1mm。
再者，亦可在不從β-Ga2O3系單晶35切出晶種40的情況下，直接切出基板，但是作為切出基板用之單晶，每次重複培育β-Ga2O3系單晶35時，必須進行在厚度方向T的擴肩。因為無法從擴肩部分切出基板，所以量產基板時會有提高運轉成本的問題。
又，切出基板用之單晶不需要加厚時，亦可在不進行厚度方向T的擴肩的情況下來培育β-Ga2O3系單晶35，而從其切出基板。
又，藉由加大模具14的寬度及厚度，且加大坩鍋13及蓋15，可不進行在寬度方向W及厚度方向T的擴肩來 培育β-Ga2O3系單晶25，而從β-Ga2O3系單晶25切出寬度及厚度較大之晶種。然而，以此方法，因為坩鍋13、模具14、蓋15是使用銥等的非常昂貴的材料，所以會產生龐大的成本。因此，較佳是藉由本實施形態的培育方法，形成不含雙晶或幾乎不含雙晶之寬度大的β-Ga2O3系晶種。
(實施形態之功效)
根據上述實施形態，可形成不含雙晶或幾乎不含雙晶之寬度大的β-Ga2O3系晶種。藉由使用該寬度大的β-Ga2O3系晶種，可在抑制往寬度方向的擴肩的情況下，培育切出基板用之平板狀β-Ga2O3系單晶。因此，可製造高品質的β-Ga2O3系單晶基板。
又，須注意於實施形態中說明的所有特徵的組合未必為解決發明之問題的必要手段。
10a‧‧‧限邊饋膜生長法結晶製造裝置
12‧‧‧Ga2O3系熔融液
13‧‧‧坩堝
14‧‧‧模具
14b‧‧‧開口部
15‧‧‧蓋子
20‧‧‧晶種
21‧‧‧晶種保持器
25‧‧‧β-Ga2O3系單晶
26‧‧‧主面
T‧‧‧厚度方向
W‧‧‧寬度方向

Claims (9)

  1. 一種β-Ga2O3系單晶的培育方法，其使用限邊饋膜生長法，且包含下述步驟：使坩鍋內之Ga2O3系熔融液，通過模具的狹縫，上升至前述模具的開口部為止，且晶種的水平方向的位置從前述模具的寬度方向的中心，在前述寬度方向偏移，在此狀態下，使前述晶種與位於前述模具的開口部之前述Ga2O3系熔融液接觸；及，提拉已與前述Ga2O3系熔融液接觸之前述晶種，而使β-Ga2O3系單晶成長。
  2. 如請求項1所述之β-Ga2O3系單晶的培育方法，其中，前述晶種的水平方向的位置位於前述模具的前述寬度方向的端部上，在此狀態下，使前述晶種與位於前述模具的開口部之前述Ga2O3系熔融液接觸。
  3. 如請求項1或2所述之β-Ga2O3系單晶的培育方法，其中，使前述β-Ga2O3系單晶在b軸方向成長。
  4. 如請求項1或2所述之β-Ga2O3系單晶的培育方法，其中，前述β-Ga2O3系單晶是以(101)面、(-201)面或(001)面作為主面之平板狀單晶。
  5. 如請求項1或請求項2所述之β-Ga2O3系單晶的培育方法，其中進而包含下述步驟：從前述β-Ga2O3系單晶切出第2晶種；使第2坩鍋內之第2的Ga2O3系熔融液，通過第2模具的狹縫，上升至前述第2模具的開口部為止，並使前述第2 晶種與位於前述第2模具的開口部之前述第2的Ga2O3系熔融液接觸；及，提拉已與前述第2的Ga2O3系熔融液接觸之前述第2晶種，在將第2的β-Ga2O3系單晶在厚度方向進行擴肩後，使該第2的β-Ga2O3系單晶成長為平板狀。
  6. 如請求項5所述之β-Ga2O3系單晶的培育方法，其中，前述第2晶種是從下述兩者之間的區域所切出：在前述β-Ga2O3系單晶成長時，位於前述晶種的正下方的第1區域；與前述β-Ga2O3系單晶的前述寬度方向的兩端部中的從前述第1區域算起的距離較大之端部。
  7. 如請求項5所述之β-Ga2O3系單晶的培育方法，其中進而包含下述步驟：從前述第2的β-Ga2O3系單晶切出第3晶種；使第3坩鍋內之第3的Ga2O3系熔融液，通過第3模具的狹縫，上升至前述第3模具的開口部為止，並使前述第3晶種與位於前述第3模具的開口部之前述第3的Ga2O3系熔融液接觸；及，提拉已與前述第3的Ga2O3系熔融液接觸之前述第3晶種，使第3的β-Ga2O3系單晶成長。
  8. 一種β-Ga2O3系單晶基板的製造方法，其中，將如請求項5或6所述之第2的β-Ga2O3系單晶、或如請求項7所述之第3的β-Ga2O3系單晶，加工成β-Ga2O3系單晶基板。
  9. 一種β-Ga2O3系單晶基板，其藉由如請求項8所述之β-Ga2O3系單晶基板的製造方法所製造而成。
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