β-Ga2O3系单晶膜的生长方法和晶体层叠结构体技术

技术编号:13796831 阅读:219 留言:0更新日期:2016-10-06 16:44
提供能够高效生长出高质量且大口径的β‑Ga2O3系单晶膜(β‑Ga2O3‑based single crystal film)的β‑Ga2O3系单晶膜的生长方法和具有通过该生长方法生长出的β‑Ga2O3系单晶膜的晶体层叠结构体。一实施方式提供一种β‑Ga2O3系单晶膜的生长方法,其是利用HVPE法的β‑Ga2O3系单晶膜的生长方法,包含将Ga2O3系基板10暴露于氯化镓系气体和含氧气体,在Ga2O3系基板10的主面11上使β‑Ga2O3系单晶膜12以900℃以上的生长温度生长的工序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及β-Ga2O3系单晶膜(β-Ga2O3-based single crystal film)的生长方法和晶体层叠结构体。
技术介绍
以往,作为β-Ga2O3单晶膜的生长方法,已知MBE(Molecular Beam Epitaxy:分子束外延)法、PLD(Pulsed Laser Deposition:脉冲激光沉积)法(例如,参照专利文献1、2)。另外,也已知利用溶胶-凝胶法、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:金属有机化学气相沉积)法、喷雾CVD法的生长方法。现有技术文献专利文献专利文献1:特开2013-56803号公报专利文献2:特许第4565062号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而,在MBE法中,由于在高真空腔内进行晶体生长,因此,β-Ga2O3单晶膜的大口径化是困难的。另外,一般来说,当提高生长温度时能得到高质量的膜,但由于原料气体的再蒸发会增加,因此无法得到足够的成膜速度,不适于大量生产。另外,关于PLD法,原料来源(向基板供应原料的原料供应源)是点源,原料来源正上与其它位置之间生长率不同,因此,膜厚的面内分布不容易均匀,不适于面积较大的膜的生长。另外,成膜率低,厚膜的生长需要较长时间,因此,不适于大量生产。关于溶胶-凝胶法、MOCVD法、喷雾CVD法,虽然大口径化是比较容易的,但使用原料所包含的杂质在外延生长中会进入β-Ga2O3单晶膜,因此,得到高纯度的单晶膜是困难的。因此,本专利技术的目的之一在于,提供能够高效生长出高质量且大口径的β-Ga2O3系单晶膜的β-Ga2O3系单晶膜的生长方法和具有通过该生长方法生长出的β-Ga2O3系单晶膜的晶体层叠结构体。用于解决问题的方案为了达到上述目的,本专利技术的一方式提供下述[1]~[8]的β-Ga2O3系单晶膜的生长方法。[1]一种β-Ga2O3系单晶膜的生长方法,是利用HVPE法的β-Ga2O3系单晶膜的生长方法,包含将Ga2O3系基板暴露于氯化镓系气体和含氧气体,在上述Ga2O3系基板的主面上使β-Ga2O3系单晶膜以900℃以上的生长温度生长的工序。[2]根据上述[1]所述的β-Ga2O3系单晶膜的生长方法,通过使镓原料与含Cl气体反应来生成上述氯化镓系气体,上述含Cl气体是Cl2气体或者HCl气体。[3]根据上述[1]或[2]所述的β-Ga2O3系单晶膜的生长方法,在上述氯化镓系气体之中,GaCl气体的分压比最高。[4]根据上述[1]或[2]所述的β-Ga2O3系单晶膜的生长方法,上述含氧气体是O2气体。[5]根据上述[2]所述的β-Ga2O3系单晶膜的生长方法,上述含Cl气体是Cl2气体。[6]根据上述[1]或[2]所述的β-Ga2O3系单晶膜的生长方法,使上述β-Ga2O3系单晶膜生长时的上述含氧气体的供应分压与上述氯化镓系气体的供应分压之比的值是0.5以上。[7]根据上述[1]或[2]所述的β-Ga2O3系单晶膜的生长方法,上述Ga2O3系基板的上述主面的面方位是(010)、(-201)、(001)或者(101)。[8]根据上述[1]或[2]所述的β-Ga2O3系单晶膜的生长方法,在300℃以上的气氛温度下生成上述氯化镓系气体。另外,为了达到上述目的,本专利技术的另一方式提供下述[9]~[12]的晶体层叠结构体。[9]一种晶体层叠结构体,包含:Ga2O3系基板;以及β-Ga2O3
系单晶膜,其通过外延晶体生长形成在上述Ga2O3系基板的主面上,含有Cl。[10]根据上述[9]所述的晶体层叠结构体,上述β-Ga2O3系单晶膜的Cl浓度是5×1016atoms/cm3以下。[11]根据上述[9]或[10]所述的晶体层叠结构体,上述β-Ga2O3系单晶膜是β-Ga2O3晶体膜。[12]根据上述[11]所述的晶体层叠结构体,上述β-Ga2O3系单晶膜的残留载流子浓度是3×1015atoms/cm3以下。专利技术效果根据本专利技术,可提供能够高效生长出高质量且大口径的β-Ga2O3系单晶膜的β-Ga2O3系单晶膜的生长方法和具有通过该生长方法生长出的β-Ga2O3系单晶膜的晶体层叠结构体。附图说明图1是实施方式所涉及的晶体层叠结构体的垂直截面图。图2是实施方式所涉及的气相生长装置的垂直截面图。图3是示出通过热平衡计算得到的氯化镓系气体仅含有GaCl气体的情况和仅含有GaCl3气体的情况之中的每种情况下的Ga2O3晶体的生长驱动力与生长温度的关系的坐标图。图4是示出通过热平衡计算得到的从Ga与Cl2的反应得到的GaCl气体、GaCl2气体、GaCl3气体和(GaCl3)2气体的平衡分压与气氛温度的关系的坐标图。图5是示出通过热平衡计算得到的Ga2O3晶体生长的气氛温度为1000℃时的GaCl的平衡分压与O2/GaCl供应分压比的关系的坐标图。图6是示出在主面的面方位为(010)的Ga2O3基板的主面上使Ga2O3单晶膜外延生长而成的晶体层叠结构体的通过2θ-ω扫描得到的X射线衍射光谱的坐标图。图7是示出在主面的面方位为(-201)的Ga2O3基板的主面上使Ga2O3单晶膜以1000℃外延生长而成的晶体层叠结构体的通过2θ-ω
扫描得到的X射线衍射光谱的坐标图。图8是示出在主面的面方位为(001)的β-Ga2O3基板的主面上使Ga2O3单晶膜外延生长而成的晶体层叠结构体的通过2θ-ω扫描得到的X射线衍射光谱的坐标图。图9是示出在主面的面方位为(101)的β-Ga2O3基板的主面上使Ga2O3单晶膜外延生长而成的晶体层叠结构体的通过2θ-ω扫描得到的X射线衍射光谱的坐标图。图10A是示出通过二次离子质量分析法(SIMS)测定的晶体层叠结构体中的杂质浓度的坐标图。图10B是示出通过二次离子质量分析法(SIMS)测定的晶体层叠结构体中的杂质浓度的坐标图。图11A是示出在主面的面方位为(001)的β-Ga2O3基板上使β-Ga2O3晶体膜外延生长而成的晶体层叠结构体中的深度方向的载流子浓度的分布的坐标图。图11B是示出在主面的面方位为(001)的β-Ga2O3基板上使β-Ga2O3晶体膜外延生长而成的晶体层叠结构体的耐电压特性的坐标图。图12是示出在主面的面方位为(010)的β-Ga2O3基板上使β-Ga2O3晶体膜外延生长而成的晶体层叠结构体中的深度方向的载流子浓度的分布的坐标图。具体实施方式〔实施方式〕(晶体层叠结构体的构成)图1是实施方式所涉及的晶体层叠结构体1的垂直截面图。晶体层叠结构体1具有:Ga2O3系基板10;以及β-Ga2O3系单晶膜12,其通过外延晶体生长形成在Ga2O3系基板10的主面11上。Ga2O3系基板10是含有具有β型晶体结构的Ga2O3系单晶的基板。在此,所谓Ga2O3系单晶,是指Ga2O3单晶或者添加有Al、In等元素的Ga2O3单晶。例如,可以是作为添加有Al和In的Ga2O3单晶的
(GaxAlyIn(1-x-y))2O3(0<x≤1,0≤y≤1,0<x+y≤1)单晶。在添加了Al的情况下,带隙会变宽,在添加了In的情况下,带隙会变窄。另外,Ga2O3系基板10也可以含有Si等导电型杂质。Ga2O3系基板10的主面1本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种β‑Ga2O3系单晶膜的生长方法,是利用HVPE法的β‑Ga2O3系单晶膜的生长方法,包含将Ga2O3系基板暴露于氯化镓系气体和含氧气体,在上述Ga2O3系基板的主面上使β‑Ga2O3系单晶膜以900℃以上的生长温度生长的工序。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.30 JP 2013-203198;2014.04.22 JP 2014-088581.一种β-Ga2O3系单晶膜的生长方法,是利用HVPE法的β-Ga2O3系单晶膜的生长方法,包含将Ga2O3系基板暴露于氯化镓系气体和含氧气体,在上述Ga2O3系基板的主面上使β-Ga2O3系单晶膜以900℃以上的生长温度生长的工序。2.根据权利要求1所述的β-Ga2O3系单晶膜的生长方法,通过使镓原料与含Cl气体反应来生成上述氯化镓系气体,上述含Cl气体是Cl2气体或者HCl气体。3.根据权利要求1或2所述的β-Ga2O3系单晶膜的生长方法,在上述氯化镓系气体之中,GaCl气体的分压比最高。4.根据权利要求1或2所述的β-Ga2O3系单晶膜的生长方法,上述含氧气体是O2气体。5.根据权利要求2所述的β-Ga2O3系单晶膜的生长方法,上述含Cl气体是Cl2气体。6.根据权利要求1或2...

【专利技术属性】
技术研发人员:后藤健佐佐木公平绞缬明伯熊谷义直村上尚
申请(专利权)人:株式会社田村制作所国立大学法人东京农工大学
类型:发明
国别省市:日本;JP

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