基底基板及其制造方法技术

本发明专利技术提供高品质的基底基板，其具备用于13族元素的氮化物或氧化物结晶生长的取向层，该取向层中的结晶缺陷(位错)显著降低。该基底基板是具备用于13族元素的氮化物或氧化物结晶生长的取向层的基底基板，取向层的用于结晶生长一侧的表面由具有a轴长度和/或c轴长度比蓝宝石的a轴长度和/或c轴长度大的刚玉型结晶结构的材料构成，取向层包含：选自由α－Cr2O3、α－Fe2O3、α－Ti2O3、α－V2O3及α－Rh2O3构成的组中的材料、或者含有选自由α－Al2O3、α－Cr2O3、α－Fe2O3、α－Ti2O3、α－V2O3及α－Rh2O3构成的组中的2种以上的固溶体，刚玉型结晶结构的(104)晶面的X射线摇摆曲线半值宽度为500arcsec.以下。值宽度为500arcsec.以下。值宽度为500arcsec.以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基底基板及其制造方法


[0001]本专利技术涉及用于13族元素的氮化物或氧化物结晶生长的基底基板及其制造方法。

技术介绍

[0002]近年来，采用了氮化镓(GaN)的半导体器件得到实用化。例如，在蓝宝石基板上依次层叠n型GaN层、包含InGaN层的量子阱层和包含GaN层的势垒层交替层叠得到的多量子阱层(MQW)及p型GaN层而形成的器件实现了量产化。
[0003]另外，还在积极地进行与蓝宝石具有相同结晶结构的刚玉相型的α－氧化镓(α－Ga2O3)的研究开发。实际上，α－Ga2O3的带隙高达5.3eV，作为功率半导体元件用材料而备受期待。例如，专利文献1(日本特开2014－72533号公报)中涉及一种半导体装置，该半导体装置由具有刚玉型结晶结构的基底基板、具有刚玉型结晶结构的半导体层、以及具有刚玉型结晶结构的绝缘膜形成，并公开了在蓝宝石基板上将α－Ga2O3成膜而作为半导体层的例子。另外，专利文献2(日本特开2016－25256号公报)中公开如下内容，即，一种半导体装置，其具备：包含具有刚玉结构的结晶性氧化物半导体作为主成分的n型半导体层、以具有六方晶的结晶结构的无机化合物为主成分的p型半导体层、以及电极，实施例中，在c面蓝宝石基板上形成亚稳相、即具有刚玉结构的α－Ga2O3作为n型半导体层并形成具有六方晶的结晶结构的α－Rh2O3膜作为p型半导体层，制作二极管。
[0004]然而，已知：这些半导体器件中，材料中的结晶缺陷较少者能够得到良好的特性。特别是，功率半导体要求耐电压特性优异，因此，希望降低结晶缺陷。这是因为：结晶缺陷的多少会左右介电击穿电场特性。但是，对于GaN、α－Ga2O3，结晶缺陷少的单晶基板尚未实用化，通常是以异质外延生长形成在晶格常数与这些材料不同的蓝宝石基板上。因此，容易因与蓝宝石之间的晶格常数差异而产生结晶缺陷。例如，在蓝宝石c面上将α－Ga2O3成膜的情况下，蓝宝石(α－Al2O3)的a轴长度和α－Ga2O3的a轴长度相差约4.8％，该差异构成结晶缺陷的主要原因。
[0005]作为缓和上述的与半导体层之间的晶格常数差异来降低结晶缺陷的方法，报告有：在将α－Ga2O3成膜时，在蓝宝石与α－Ga2O3层之间形成缓冲层，由此缺陷降低。例如，非专利文献1(Applied Physics Express,vol.9,pages 071101
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1～071101
‑
4)中给出如下例子，即，通过在蓝宝石与α－Ga2O3层之间导入(Al
x
、Ga
1－x
)2O3层(x＝0.2～0.9)作为缓冲层，使得刃型位错和螺旋位错分别为3
×
108/cm2及6
×
108/cm2。另外，非专利文献2(Applied Physics Express 11,111101(2018))中，作为将α－Ga2O3膜成膜的基板，公开了在蓝宝石上形成有α－Cr2O3膜作为缓冲层的基板。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：日本特开2014－72533号公报
[0009]专利文献2：日本特开2016－25256号公报
[0010]非专利文献
[0011]非专利文献1：Riena Jinno et al.,Reduction in edge dislocation density in corundum
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structuredα
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Ga2O3 layers on sapphire substrates with quasi
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gradedα
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(Al,Ga)2O3 buffer layers,Applied Physics Express,Japan,The Japan Society of Applied Physics,June 1,2016,vol.9,pages 071101
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1to 071101
‑4[0012]非专利文献2：Giang T.Dang et al.,Growth ofα
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Cr2O3 single crystals by mist CVD using ammonium dichromate,Applied Physics Express 11,111101(2018)
[0013]非专利文献3：Shizuo Fujita et al.,Evolution of corundum
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structured III
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oxide semiconductors:Growth,properties,and devices,Japanese Journal of Applied Physics 55,1202A3(2016)

技术实现思路

[0014]然而，非专利文献1、非专利文献2中公开的导入缓冲层的方法对于在需要高介电击穿电场特性的功率半导体中的应用而言不充分，希望进一步降低结晶缺陷。非专利文献2中公开的形成α－Cr2O3作为缓冲层的情况下，对于在需要高介电击穿电场特性的功率半导体中的应用而言也不充分，希望进一步降低结晶缺陷。作为缓冲层采用α－Cr2O3膜的情况下，无法充分降低结晶缺陷的理由推测是：i)在α－Cr2O3与α－Ga2O3之间存在晶格不匹配，ii)以异质外延生长在蓝宝石上形成了较薄的缓冲层，由于呈现这样的构成，所以缓冲层中含有较大的结晶缺陷。
[0015]非专利文献2中，在a轴长度为的蓝宝石上，将a轴长度为的α－Cr2O3直接成膜，晶格失配达到4.3％以上。因此，如上所述产生大量由晶格失配所伴随的结晶缺陷，认为刚玉型结晶结构的(104)晶面的X射线摇摆曲线是远远高于500arcsec.的值。
[0016]另外，作为晶格失配相同程度的异质外延生长的另一例子，可以举出在蓝宝石上将α－Ga2O3成膜的情形。非专利文献3(Japanese Journal of Applied Physics 55,1202A3(2016))中公开了采用与非专利文献2相同的雾化CVD法而在蓝宝石上进行α－Ga2O3成膜时的例子。非专利文献3中，晶格失配为4.8％左右，与非专利文献2相比几乎没有变化，不过，刚玉型结晶结构的(104)晶面的X射线摇摆曲线半值宽度达到2000arcsec.，这暗示了：在晶格失配较大的体系中，膜面的刚玉型结晶结构的(104)晶面X射线摇摆曲线半值宽度为较大的值。
[0017]本专利技术的专利技术人最近得到如下见解，即，如果采用如下基底基板，则能够形成优异的半导体层，该基底基板具备取向层，该取向层的用于13族元素的氮化物或氧化物结晶生长一侧的表面由具有a轴长度和/或c轴长度比蓝宝石的a轴长度和/或c轴长度大的规定的刚玉型结晶结构的材料构成，且使该表面中的刚玉型结晶结构的(104)晶面的X射线摇摆曲线半值宽度为500arcsec.以下。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种基底基板，其具备用于13族元素的氮化物或氧化物结晶生长的取向层，所述基底基板的特征在于，所述取向层的用于所述结晶生长一侧的表面由具有a轴长度和/或c轴长度比蓝宝石的a轴长度和/或c轴长度大的刚玉型结晶结构的材料构成，所述取向层包含：选自由α－Cr2O3、α－Fe2O3、α－Ti2O3、α－V2O3及α－Rh2O3构成的组中的材料、或者含有选自由α－Al2O3、α－Cr2O3、α－Fe2O3、α－Ti2O3、α－V2O3及α－Rh2O3构成的组中的2种以上的固溶体，所述取向层的用于结晶生长一侧的表面中的刚玉型结晶结构的(104)晶面的X射线摇摆曲线半值宽度为500arcsec.以下。2.根据权利要求1所述的基底基板，其特征在于，所述取向层的用于结晶生长一侧的表面中的刚玉型结晶结构的(006)晶面的X射线摇摆曲线半值宽度为100arcsec.以下。3.根据权利要求1或2所述的基底基板，其特征在于，在所述取向层的用于结晶生长一侧的表面，相对于所述刚玉型结晶结构的(104)晶面进行X射线衍射XRD的φ扫描测定的情况下，源自于旋转域的副峰的峰强度相对于主峰的峰强度的比例为5.0％以下。4.根据权利要求1～3中的任一项所述的基底基板，其特征在于，所述取向层的用于结晶生长一侧的表面中的刚玉型结晶结构的(006)晶面的X射线摇摆曲线半值宽度为50arcsec.以下。5.根据权利要求1～4中的任一项所述的基底基板，其特征在于，所述取向层的用于结晶生长一侧的表面的结晶缺陷密度为1
×
106/cm2。6.根据权利要求1～5中的任一项所述的基底基板，其特征在于，所述基底基板用于由α－Ga2O3或α－Ga2O3系固溶体构成的半导体层的结晶生长，所述取向层由包含α－Cr2O3的材料或者包含α－Cr2O3和异种材料的固溶体的材料构成。7.根据权利要求1～6中的任一项所述的基底基板，其特征在于，所述取向层的所述a轴长度和/或c轴长度的、在所述取向层的表面处的值比在所述取向层的背面处的值大4.0％以上。8.根据权利要求1～7中的任一项所述的基底基板，其特征在于，具有所述刚玉型结晶结构的材料包含：选自由α－Cr2O3、α－Fe2O3及α－Ti2O3构成的...

【专利技术属性】
技术研发人员：渡边守道，吉川润，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：