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公開番号2025114885
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-06
出願番号2022103918
出願日2022-06-28
発明の名称III族窒化物基板およびその製造方法
出願人パナソニックホールディングス株式会社
代理人個人,個人
主分類C30B 29/38 20060101AFI20250730BHJP(結晶成長)
要約【課題】高キャリア濃度、低抵抗、および低転位密度を満たしながら、表面平坦性の良好なIII族窒化物基板を提供する。
【解決手段】III族窒化物基板は、GaN基板上に形成されたGaNエピタキシャル層からなるIII族窒化物基板であって、不純物元素として酸素を含み、III族窒化物基板のc面について研磨された面内において、第1不純物濃度を示す第1領域と、第1不純物濃度よりも低い第2不純物濃度を示す第2領域と、を有し、第1領域の第1転位密度は、第2領域の第2転位密度よりも低く、III族窒化物基板の表面内の任意の0.2mm角の範囲で、二乗平均面粗さRMS値が10nm以下である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ＧａＮ基板上に形成されたＧａＮエピタキシャル層からなるＩＩＩ族窒化物基板であって、
不純物元素として酸素を含み、
前記ＩＩＩ族窒化物基板のｃ面について研磨された面内において、第１不純物濃度を示す第１領域と、
前記第１不純物濃度よりも低い第２不純物濃度を示す第２領域と、
を有し、
前記第１領域の第１転位密度は、前記第２領域の第２転位密度よりも低く、
前記ＩＩＩ族窒化物基板の表面内の任意の０．２ｍｍ角の範囲で、二乗平均面粗さＲＭＳ値が１０ｎｍ以下である、ＩＩＩ族窒化物基板。
続きを表示（約 830 文字）【請求項２】
前記第１領域は、前記第２領域を中心として前記第２領域の周囲を囲うように配置されている、請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物基板。
【請求項３】
さらに、前記第２領域を中心として前記第２領域の周囲を囲うように前記第１領域と周方向に交互に６つずつ配置されている第３領域を有し、
前記第３領域は、前記第１領域よりも窪んでいる、請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物基板。
【請求項４】
前記ＩＩＩ族窒化物基板の表面内の任意の０．２ｍｍ角の範囲で、研磨傷が１個未満である、請求項１から３のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物基板。
【請求項５】
前記第１領域に含まれる不純物は、酸素、シリコンの群から選択される少なくとも１つである、請求項１から３のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物基板。
【請求項６】
前記第１不純物濃度は、酸素濃度が１×１０
２０
／ｃｍ
３
以上である、請求項１から３のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物基板。
【請求項７】
前記第１領域は、ｍ面成分から構成されており、前記第２領域は、ａ面成分から構成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物基板。
【請求項８】
種基板を準備する工程と、
ＩＩＩ族元素酸化物ガスと窒素元素含有ガスとを供給して、前記種基板の上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程と、
前記ＩＩＩ族窒化物結晶を研磨し、前記ＩＩＩ族窒化物結晶の面内の任意の０．２ｍｍ角の範囲で、二乗平均面粗さＲＭＳ値を１０ｎｍ以下とする、工程と、
を含む、ＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
【請求項９】
前記研磨は、化学機械研磨（ＣＭＰ）を含み、前記化学機械研磨の時間は、１２０分～７００分の範囲である、請求項８に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、ＩＩＩ族窒化物基板及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
縦型ＧａＮパワーデバイスには、低抵抗、低転位密度のＧａＮ基板が必要とされている。例えばｎ型の低抵抗のＧａＮ基板を作製する場合、ピットを形成しながら結晶成長させて、キャリア濃度を向上させること、および転位密度を低減することが行われてきた（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２１－５０１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
結晶成長によって表出するピット（成長ピット）を形成する面は、ｍ面成分とａ面成分から構成されており、各々の面によって酸素等の不純物濃度やキャリア濃度が異なっていた。したがって、表面を平滑化する際の研磨工程において、各成長面における不純物濃度差やキャリア濃度差に起因した研磨速度の相違が面内にあった。研磨速度の相違は表面に凹凸を形成する。表面の凹凸は、その後のＭＯＶＰＥ法等で基板表面にデバイス層を形成する際に、表面モフォロジーの悪化やピットが表出する原因となっていた。
【０００５】
本開示は、高キャリア濃度、低抵抗、および低転位密度を満たしながら、表面平坦性の良好なＩＩＩ族窒化物基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に係るＩＩＩ族窒化物基板は、ＧａＮ基板上に形成されたＧａＮエピタキシャル層からなるＩＩＩ族窒化物基板であって、不純物元素として酸素を含み、ＩＩＩ族窒化物基板のｃ面について研磨された面内において、第１不純物濃度を示す第１領域と、第１不純物濃度よりも低い第２不純物濃度を示す第２領域と、を有し、第１領域の第１転位密度は、第２領域の第２転位密度よりも低く、ＩＩＩ族窒化物基板の表面内の任意の０．２ｍｍ角の範囲で、二乗平均面粗さＲＭＳ値が１０ｎｍ以下である。
【０００７】
本開示に係るＩＩＩ族窒化物基板の製造方法は、種基板を準備する工程と、ＩＩＩ族元素酸化物ガスと窒素元素含有ガスとを供給して、種基板の上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程と、ＩＩＩ族窒化物結晶を研磨し、ＩＩＩ族窒化物結晶の面内の任意の０．２ｍｍ角の範囲で、二乗平均面粗さＲＭＳ値を１０ｎｍ以下とする、工程と、を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本開示に係るＩＩＩ族窒化物基板によれば、高キャリア濃度、低抵抗、低転位密度、かつ表面平坦性が良好であり、該基板の表面へのデバイス層の形成時に、ピットの発生を抑制することができる。したがって、ダイオードやトランジスタ等を駆動させる際の耐電圧の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
ＯＶＰＥ法によって作製した表面ＣＭＰ後のＧａＮ基板の表面ＡＦＭ像を示す図である。
ＯＶＰＥ法によって作製した表面ＣＭＰ後のＧａＮ基板の同一箇所の（ａ）表面光学顕微鏡像と、（ｂ）表面ＳＩＭＳマッピング像である。
本開示の実施の形態に係るＩＩＩ族窒化物結晶の（ａ）時系列の製造方法を示すフローチャートと、（ｂ）本製造方法で用いる製造装置内の上流から下流に向けての各機能単位を工程として示した際のフローチャートである。
本開示の一実施形態に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造に用いられる製造装置の概略図である。
種基板上に成長したＩＩＩ族窒化物結晶のスライス前後の概念図である。
ＭＯＶＰＥ法による成長前のＯＶＰＥ製ＧａＮ基板の二重平均面粗さＲＭＳとＭＯＶＰＥ法によって成長したＧａＮ成長層のピット密度との関係を示す図である。
ＯＶＰＥ製ＧａＮ基板表面（Ｇａ面）のＣＭＰ時間と二重平均面粗さＲＭＳとの関係を示す図である。
ＣＭＰ時間が６０分の場合のＯＶＰＥ製ＧａＮ基板表面（Ｇａ面）のフォトルミネッセンス像（ＰＬ像）である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
第１の態様に係るＩＩＩ族窒化物基板は、ＧａＮ基板上に形成されたＧａＮエピタキシャル層からなるＩＩＩ族窒化物基板であって、不純物元素として酸素を含み、ＩＩＩ族窒化物基板のｃ面について研磨された面内において、第１不純物濃度を示す第１領域と、第１不純物濃度よりも低い第２不純物濃度を示す第２領域と、を有し、第１領域の第１転位密度は、第２領域の第２転位密度よりも低く、ＩＩＩ族窒化物基板の表面内の任意の０．２ｍｍ角の範囲で、二乗平均面粗さＲＭＳ値が１０ｎｍ以下である。
（【００１１】以降は省略されています）

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