GaN晶体和GaN衬底制造技术

本发明专利技术提供一种GaN晶体，其可用于在如GaN

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】GaN晶体和GaN衬底


[0001]本专利技术涉及一种GaN晶体和GaN衬底，特别是涉及一种半绝缘性GaN晶体和半绝缘性GaN衬底。

技术介绍

[0002]GaN(氮化镓)是III族氮化物化合物中的一种，具备属于六方晶系的纤锌矿型的晶体结构。近年来，作为GaN
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HEMT(High Electron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体管)用的衬底，研究了将半绝缘性GaN层设为表面层的衬底、整体由半绝缘性GaN晶体构成的单晶GaN衬底(专利文献1)。半绝缘性GaN是指高电阻化的GaN，通常具有1
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105Ωcm以上的室温电阻率。
[0003]为了使GaN为半绝缘性，已知只要掺杂有如Fe(铁)、Mn(锰)、C(碳)这样的具有补偿n型载流子作用的杂质(补偿杂质)即可。根据非专利文献1中记载的内容，当利用HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy，氢化物气相外延)法使Mn浓度为2
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‑3的GaN晶体在GaN衬底上同质外延生长时，结果作为施主杂质的Si的浓度为6
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‑3。认为该浓度的Si元素在HVPE生长的环境下非有意地导入晶体中，因此可以说不依赖于Mn浓度。现有技术文献专利文献
[0004]专利文献1：日本特开2012
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246195号公报非专利文献
[0005]非专利文献1：日本应用物理杂志(Japanese Journal of Applied Physics)，第58卷SC1047

技术实现思路

专利技术所要解决的问题
[0006]为了得到在GaN
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HEMT中使用的GaN衬底，本专利技术人对掺杂有Mn的半绝缘性GaN进行了研究。其结果是确认到当提高Mn的掺杂量，则GaN晶体虽然为高电阻化，但与未掺杂的GaN晶体相比，穿透位错密度增高，GaN晶体本身也变脆，因此晶体品质下降。这样，目前是尚未得到足够的高电阻化且与未掺杂的GaN晶体持平的良好晶体品质的Mn掺杂GaN晶体。本专利技术的课题在于得到一种GaN晶体，其能够用于在如GaN
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HEMT这样的横向器件结构的氮化物半导体器件中应用的衬底。另外，本专利技术的课题在于得到一种GaN衬底，其能够用于制造如GaN
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HEMT这样的横向器件结构的氮化物半导体器件。解决问题的技术方案
[0007]本专利技术人等进行了深入研究，结果发现GaN晶体中的作为有助于高电阻化的补偿杂质的Mn的浓度与阻碍由补偿杂质带来的高电阻化效果的施主杂质的浓度之间的平衡很重要，并发现通过将其最优化而能够解决上述课题。具体地，发现通过用Mn掺杂利用HVPE法生长GaN晶体时，将施主杂质的浓度抑制得较低，另一方面以适度的浓度掺杂Mn，可得到具有半绝缘性且品质良好的GaN晶体，从而想到了本专利技术。
[0008]即，本专利技术的主旨如下所述：[1]一种GaN晶体，其特征在于，所述GaN晶体具有5cm2以上的相对于(0001)晶面的倾斜为10度以下的表面，Mn浓度为1.0
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atoms/cm3以上且小于1.0
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atoms/cm3，总施主杂质浓度小于5.0
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atoms/cm3。[2]根据[1]所述的GaN晶体，所述Mn浓度为6.0
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atoms/cm3以下。[3]根据[1]或[2]所述的GaN晶体，所述Mn浓度为1.0
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atoms/cm3以上。[4]根据[1]～[3]中任一项所述的GaN晶体，其在所述(0001)表面侧测定的(004)XRD摇摆曲线半峰全宽为40arcsec以下。[5]根据[1]～[4]中任一项所述的GaN晶体，所述(0001)表面的穿透位错密度小于1.0
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107cm
‑2。[6]一种GaN晶体，其特征在于，所述GaN晶体具有5cm2以上的相对于(0001)晶面的倾斜为10度以下的表面且为半绝缘性，以及满足选自下述(A)和(B)中的一个以上：(A)在该(0001)表面侧测定的(0004)XRD摇摆曲线半峰全宽为40arcsec以下；(B)该(0001)表面的穿透位错密度小于1
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107cm
‑2。[7]根据[6]所述的GaN晶体，其掺杂有Mn。[8]根据[6]或[7]所述的GaN晶体，其总施主杂质浓度小于5.0
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atoms/cm3。[9]一种GaN衬底，其由[1]～[8]中任一项所述的GaN晶体构成。[10]一种GaN衬底，其特征在于，具有相对于(0001)晶面的倾斜为10度以下的表面作为主表面，Mn浓度为1.0
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atoms/cm3以上且小于1.0
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atoms/cm3，总施主杂质浓度小于5.0
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atoms/cm3。[11]根据[9]或[10]所述的GaN衬底，其是单晶GaN衬底。[12]根据[10]或[11]所述的GaN衬底，其是层叠在支撑衬底上而成。[13]一种外延晶片的制造方法，其具有如下步骤：准备[10]～[12]中任一项所述的GaN衬底的步骤；在该准备好的衬底上使一个以上的氮化物半导体层外延生长的步骤。[14]一种外延晶片，其由[10]～[12]中任一项所述的GaN衬底和在该衬底上外延生长成的一个以上的氮化物半导体层构成。[15]一种氮化物半导体器件的制造方法，其具有如下步骤：准备[10]～[12]中任一项所述的GaN衬底的步骤；在该准备好的衬底上使一个以上的氮化物半导体层外延生长的步骤。[16]一种GaN
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HEMT的制造方法，其具有如下步骤：准备[10]～[12]中任一项所述的GaN衬底的步骤；在该准备好的衬底上使一个以上的氮化物半导体层外延生长的步骤。[17]一种GaN衬底，其是GaN晶体层叠在支撑衬底上而成的GaN衬底，其特征在于，该GaN晶体具有5cm2以上的相对于(0001)晶面的倾斜为10度以下的表面，从该GaN晶体与该支撑衬底的界面沿[0001]方向离开小于2μm的位置的Mn浓度为
从该界面沿[0001]方向离开2μm以上的位置的Mn浓度的20倍以下。专利技术效果
[0009]根据本专利技术，提供一种GaN晶体，其即使作为补偿杂质的Mn的浓度比较低，也能够具有半绝缘性，而且晶体品质良好。因此，可提供一种GaN晶体，其可适用于在如GaN
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HEMT这样的横向器件结构的氮化物半导体器件中应用的衬底；以及一种GaN衬底，其可适用于制造如GaN
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HEMT这样的横向的氮化物半导体器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种GaN晶体，其特征在于，所述GaN晶体具有5cm2以上的相对于(0001)晶面的倾斜为10度以下的表面，Mn浓度为1.0
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atoms/cm3。2.根据权利要求1所述的GaN晶体，所述Mn浓度为6.0
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atoms/cm3以下。3.根据权利要求1或2所述的GaN晶体，所述Mn浓度为1.0
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atoms/cm3以上。4.根据权利要求1～3中任一项所述的GaN晶体，在所述(0001)表面侧测定的(004)XRD摇摆曲线半峰全宽为40arcsec以下。5.根据权利要求1～4中任一项所述的GaN晶体，所述(0001)表面的穿透位错密度小于1.0
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107cm
‑2。6.一种GaN晶体，其特征在于，所述GaN晶体具有5cm2以上的相对于(0001)晶面的倾斜为10度以下的表面且为半绝缘性，以及满足选自下述(A)和(B)中的一个以上：(A)在该(0001)表面侧测定的(0004)XRD摇摆曲线半峰全宽为40arcsec以下；(B)该(0001)表面的穿透位错密度小于1
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107cm
‑2。7.根据权利要求6所述的GaN晶体，其掺杂有Mn。8.根据权利要求6或7所述的GaN晶体，其总施主杂质浓度小于5.0
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atoms/cm3。9.一种G...

【专利技术属性】
技术研发人员：塚田悠介，大岛祐一，江夏悠贵，
申请(专利权)人：国立研究开发法人物质，
类型：发明
国别省市：