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公開番号2025024110
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-19
出願番号2024199988,2021021522
出願日2024-11-15,2021-02-15
発明の名称窒化物結晶および半導体積層物
出願人住友化学株式会社
代理人個人,個人
主分類C30B 29/38 20060101AFI20250212BHJP(結晶成長)
要約【課題】窒化物結晶の品質を向上させる。
【解決手段】In_xAl_yGa_1-x-yNの組成式(但し、0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1)で表される結晶であって、結晶中の炭素の濃度は、1×10¹⁵cm^-3未満であり、結晶における伝導帯下端から0.5eV以上0.65eV以下のエネルギー範囲に存在する電子トラップE3の濃度は、1×10¹⁴cm^-3未満である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
Ｉｎ
ｘ
Ａｌ
ｙ
Ｇａ
１－ｘ－ｙ
Ｎの組成式（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される結晶であって、
前記結晶中の炭素の濃度は、１×１０
１５
ｃｍ
－３
未満であり、
前記結晶における伝導帯下端から０．５ｅＶ以上０．６５ｅＶ以下のエネルギー範囲に存在する電子トラップＥ３の濃度は、１×１０
１４
ｃｍ
－３
未満である
窒化物結晶。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
式（１－２）を満たす、
［Ｅ３］・［Ｃ］
２
≦１×１０
４３
・・・（１－２）
ただし、
［Ｃ］は、単位をｃｍ
－３
とした前記結晶中の炭素の濃度であり、
［Ｅ３］は、単位をｃｍ
－３
とした前記結晶におけるＥ３濃度である
請求項１に記載の窒化物結晶。
【請求項３】
Ｉｎ
ｘ
Ａｌ
ｙ
Ｇａ
１－ｘ－ｙ
Ｎの組成式（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される結晶であって、
式（１－１）および式（１－２）を満たす、
［Ｅ３］＜１×１０
１４
・・・（１－１）
［Ｅ３］・［Ｃ］
２
≦１×１０
４３
・・・（１－２）
ただし、
［Ｃ］は、単位をｃｍ
－３
とした前記結晶中の炭素の濃度であり、
［Ｅ３］は、前記結晶における伝導帯下端から０．５ｅＶ以上０．６５ｅＶ以下のエネルギー範囲に存在する電子トラップＥ３の濃度であり、該Ｅ３の濃度の単位はｃｍ
－３
である
窒化物結晶。
【請求項４】
以下の式（２）を満たす、
［Ｅ３］・［Ｃ］
２
≦１×１０
４２
・・・（２）
請求項２又は３に記載の窒化物結晶。
【請求項５】
前記結晶における伝導帯下端から０．１５ｅＶ以上０．３ｅＶ以下のエネルギー範囲に存在する電子トラップＥ１の濃度は、３×１０
１２
ｃｍ
－３
以下である
請求項１～４のいずれか１項に記載の窒化物結晶。
【請求項６】
前記結晶における伝導帯下端から０．６８ｅＶ以上０．７５ｅＶ以下のエネルギー範囲に存在する電子トラップＥｘの濃度は、３×１０
１３
ｃｍ
－３
以下である
請求項１～５のいずれか１項に記載の窒化物結晶。
【請求項７】
前記結晶中のボロンの濃度は、１×１０
１５
ｃｍ
－３
未満である
請求項１～６のいずれか１項に記載の窒化物結晶。
【請求項８】
前記結晶中の酸素の濃度は、１×１０
１５
ｃｍ
－３
未満である
請求項１～７のいずれか１項に記載の窒化物結晶。
【請求項９】
前記結晶における伝導帯下端から０．１ｅＶ以上１．０ｅＶ以下のエネルギー範囲に存在する電子トラップの濃度の合計は、１×１０
１４
ｃｍ
－３
未満である
請求項１～８のいずれか１項に記載の窒化物結晶。
【請求項１０】
基板と、
前記基板上に設けられ、Ｉｎ
ｘ
Ａｌ
ｙ
Ｇａ
１－ｘ－ｙ
Ｎの組成式（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される結晶からなる窒化物結晶層と、
を有し、
前記窒化物結晶層中の炭素の濃度は、１×１０
１５
ｃｍ
－３
未満であり、
前記結晶における伝導帯下端から０．５ｅＶ以上０．６５ｅＶ以下のエネルギー範囲に存在する電子トラップＥ３の濃度は、１×１０
１４
ｃｍ
－３
未満である
半導体積層物。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物結晶、半導体積層物、窒化物結晶の製造方法および窒化物結晶製造装置に関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
発光素子や高速トランジスタ等の半導体デバイスを作製する際、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＩＩＩ族窒化物の結晶が用いられる場合がある（特許文献１～４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１６－１０４６９３号公報
特開２００７－１５３６６４号公報
特開２００５－３９２４８号公報
特開２０２０－２３４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、窒化物結晶の品質を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、
Ｉｎ
ｘ
Ａｌ
ｙ
Ｇａ
１－ｘ－ｙ
Ｎの組成式（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される結晶であって、
前記結晶中の炭素の濃度は、１×１０
１５
ｃｍ
－３
未満であり、
前記結晶における伝導帯下端から０．５ｅＶ以上０．６５ｅＶ以下のエネルギー範囲に存在する電子トラップＥ３の濃度は、１×１０
１４
ｃｍ
－３
未満である窒化物結晶が提供される。
【０００６】
本発明の他の態様によれば、
Ｉｎ
ｘ
Ａｌ
ｙ
Ｇａ
１－ｘ－ｙ
Ｎの組成式（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される結晶であって、
式（１－１）および式（１－２）を満たす、
［Ｅ３］＜１×１０
１４
・・・（１－１）
［Ｅ３］・［Ｃ］
２
≦１×１０
４３
・・・（１－２）
ただし、
［Ｃ］は、単位をｃｍ
－３
とした前記結晶中の炭素の濃度であり、
［Ｅ３］は、前記結晶における伝導帯下端から０．５ｅＶ以上０．６５ｅＶ以下のエネルギー範囲に存在する電子トラップＥ３の濃度であり、該Ｅ３の濃度の単位はｃｍ
－３
である
窒化物結晶が提供される。
【０００７】
本発明の更に他の態様によれば、
基板と、
前記基板上に設けられ、Ｉｎ
ｘ
Ａｌ
ｙ
Ｇａ
１－ｘ－ｙ
Ｎの組成式（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される結晶からなる窒化物結晶層と、
を有し、
前記窒化物結晶層中の炭素の濃度は、１×１０
１５
ｃｍ
－３
未満であり、
前記結晶における伝導帯下端から０．５ｅＶ以上０．６５ｅＶ以下のエネルギー範囲に存在する電子トラップＥ３の濃度は、１×１０
１４
ｃｍ
－３
未満である
半導体積層物が提供される。
【０００８】
本発明の更に他の態様によれば、
基板と、
前記基板上に設けられ、Ｉｎ
ｘ
Ａｌ
ｙ
Ｇａ
１－ｘ－ｙ
Ｎの組成式（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される結晶からなる窒化物結晶層と、
を有し、
前記窒化物結晶層は、式（１－１）および式（１－２）を満たす、
［Ｅ３］＜１×１０
１４
・・・（１－１）
［Ｅ３］・［Ｃ］
２
≦１×１０
４３
・・・（１－２）
ただし、
［Ｃ］は、単位をｃｍ
－３
とした前記窒化物結晶層中の炭素の濃度であり、
［Ｅ３］は、前記結晶における伝導帯下端から０．５ｅＶ以上０．６５ｅＶ以下のエネルギー範囲に存在する電子トラップＥ３の濃度であり、該Ｅ３の濃度の単位はｃｍ
－３
である半導体積層物が提供される。
【０００９】
本発明の更に他の態様によれば、
基板を収容する反応容器を準備する工程と、
前記反応容器内で所定の成長温度に加熱された前記基板に対して、ＩＩＩ族元素原料ガスおよび窒素原料ガスを供給し、Ｉｎ
ｘ
Ａｌ
ｙ
Ｇａ
１－ｘ－ｙ
Ｎの組成式（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物結晶を前記基板上にエピタキシャル成長させる工程と、
を有し、
前記反応容器を準備する工程は、
前記成長温度に加熱される領域であって、前記基板に供給されるガスが接触する高温反応領域を有し、前記高温反応領域を構成する部材の表面の少なくとも一部が、鉄シアノ錯体からなる保護層を有する容器を、前記反応容器として準備する工程と、
前記高温反応領域の温度を１５００℃以上の温度に加熱しつつ、前記反応容器内への前記窒素原料ガスの供給を不実施とし、前記反応容器内への水素ガスおよびハロゲン系ガスの供給を実施することで、前記高温反応領域を構成する部材の前記表面を清浄化および改質させる高温ベーク工程と、
を有する
窒化物結晶の製造方法が提供される。
【００１０】
本発明の更に他の態様によれば、
基板を収容する反応容器と、
前記反応容器内の少なくとも前記基板を加熱する加熱部と、
前記反応容器内の前記基板に対して、ＩＩＩ族元素原料ガスおよび窒素原料ガスを供給するガス供給系と、
前記反応容器内で所定の成長温度に加熱された前記基板に対して、前記ＩＩＩ族元素原料ガスおよび前記窒素原料ガスを供給し、Ｉｎ
ｘ
Ａｌ
ｙ
Ｇａ
１－ｘ－ｙ
Ｎの組成式（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物結晶を前記基板上にエピタキシャル成長させるよう、前記加熱部および前記ガス供給系を制御する制御部と、
を備え、
前記反応容器は、前記成長温度に加熱される領域であって、前記基板に供給されるガスが接触する高温反応領域を有し、
前記高温反応領域を構成する部材の表面の少なくとも一部は、鉄シアノ錯体からなる保護層を有し、
前記制御部は、前記窒化物結晶をエピタキシャル成長させる処理の前に、前記高温反応領域の温度を１５００℃以上の温度に加熱しつつ、前記反応容器内への前記窒素原料ガスの供給を不実施とし、前記反応容器内への水素ガスおよびハロゲン系ガスの供給を実施することで、前記高温反応領域を構成する部材の前記表面を清浄化および改質させる高温ベーク処理を実施する
窒化物結晶製造装置が提供される。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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