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公開番号2025125638
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-28
出願番号2024021690
出願日2024-02-16
発明の名称窒化ガリウム単結晶基板および窒化ガリウム単結晶基板の製造方法
出願人住友化学株式会社
代理人個人,個人
主分類C30B 29/38 20060101AFI20250821BHJP(結晶成長)
要約【課題】転位密度の低い窒化ガリウム単結晶基板を作製する際、成長や加工で発生するクラックを抑制する。
【解決手段】直径50mm以上、主面に最も近い低指数の結晶面が(0001)面である窒化ガリウム単結晶基板であって、エッチング液によるエッチピットの平均密度が1×10⁶cm^-2未満、主面上の複数の異なる領域でのエッチピット径ヒストグラムのピークのうち、最小径の第1ピーク径をa、次に小さい第2ピーク径をb、第1ピーク度数をA、第2ピーク度数をB、第1ピーク構成エッチピット数をα、第2ピーク構成エッチピット数をβとしたとき、下記(1)、(2)、(3)のいずれかを満たす、窒化ガリウム単結晶基板。
複数のヒストグラムにおける、(1)a/bの値のばらつきが、平均値±5%以内である。(2)A/Bの値のばらつきが、平均値±15%以内である。(3)α/βの値のばらつきが、平均値±30%以内である。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
５０ｍｍ以上の直径を有し、主面に最も近い低指数の結晶面が（０００１）面である窒化ガリウム単結晶基板であって、
前記主面に対して、アルカリ系エッチング液によるエッチングを施した際に形成されるエッチピットの平均密度が１×１０
６
ｃｍ
－２
未満であり、
前記主面上の複数の異なる領域で前記エッチピットの径のヒストグラムをそれぞれ作成し、前記ヒストグラムに現れるピークのうち、最も径が小さい第１ピークの径をａ、２番目に径が小さい第２ピークの径をｂ、前記第１ピークの度数をＡ、前記第２ピークの度数をＢ、前記第１ピークを構成する前記エッチピットの数をα、前記第２ピークを構成する前記エッチピットの数をβとしたとき、以下の条件（１）、（２）および（３）の少なくともいずれかを満たす、窒化ガリウム単結晶基板。
（１）複数の前記ヒストグラムにおけるａ／ｂの値のばらつきが、平均値±５％以内である。
（２）複数の前記ヒストグラムにおけるＡ／Ｂの値のばらつきが、平均値±１５％以内である。
（３）複数の前記ヒストグラムにおけるα／βの値のばらつきが、平均値±３０％以内である。
続きを表示（約 770 文字）【請求項２】
前記条件（１）、（２）および（３）のうち２つを満たす、請求項１に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
【請求項３】
前記条件（１）、（２）および（３）の全てを満たす、請求項１に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
【請求項４】
前記ヒストグラムにおいて、径が４ａを超えるエッチピットの総数が、α／１０００以下である、請求項１に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
【請求項５】
前記（０００１）面の曲率半径は、６０ｍ以上である、請求項１に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
【請求項６】
前記エッチピットの平均密度および前記ヒストグラムは、面積が１ｍｍ
２
以上の領域から計測したものである、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
【請求項７】
主面に最も近い低指数の結晶面が（０００１）面であり、前記主面の転位密度分布が面内均一な窒化ガリウム単結晶からなる下地基板を準備する工程（ａ）と、
前記下地基板の前記主面上に、窒化ガリウム単結晶をエピタキシャル成長させる工程（ｂ）と、
前記工程（ｂ）でエピタキシャル成長させた窒化ガリウム単結晶から、５０ｍｍ以上の直径を有する窒化ガリウム単結晶基板を得る工程（ｃ）と、を有し、
前記工程（ｂ）では、成長期間のすべてにおいて、前記（０００１）面以外の傾斜界面を生じさせることなく、前記（０００１）面のみを成長面として、前記窒化ガリウム単結晶をエピタキシャル成長させ、
前記工程（ｃ）で得られた窒化ガリウム単結晶基板を新たな下地基板として、前記工程（ｂ）および前記工程（ｃ）を少なくとも１回以上繰り返し行う、窒化ガリウム単結晶基板の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウム単結晶基板および窒化ガリウム単結晶基板の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなり、鏡面化された主面を有し、主面に対して最も近い低指数の結晶面が（０００１）面である下地基板を準備する工程と、（０００１）面が露出した頂面を有するＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶を下地基板の主面上に直接的にエピタキシャル成長させ、（０００１）面以外の傾斜界面で構成される複数の凹部を頂面に生じさせ、下地基板の主面の上方に行くにしたがって該傾斜界面を徐々に拡大させ、（０００１）面を頂面から消失させ、表面が傾斜界面のみで構成される第１層を成長させる第１工程と、第１層上にＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶をエピタキシャル成長させ、傾斜界面を消失させ、鏡面化された表面を有する第２層を成長させる第２工程と、を有し、第１工程では、単結晶の頂面に複数の凹部を生じさせ、（０００１）面を消失させることで、第１層の表面に、複数の谷部および複数の頂部を形成する窒化ガリウム単結晶基板の製造方法が開示されている。
【０００３】
また例えば、非特許文献１には、ＶＡＳ（Ｖｏｉｄ－ＡｓｓｉｓｔｅｄＳｅｐａｒａｔｉｏｎ）法により、窒化ガリウム単結晶基板を製造する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２０－３３２１１号公報
【非特許文献】
【０００５】
Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 42 (2003) pp. L 1-L 3
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、転位密度の低い窒化ガリウム単結晶基板を作製する際、成長や加工で発生するクラックを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、
５０ｍｍ以上の直径を有し、主面に最も近い低指数の結晶面が（０００１）面である窒化ガリウム単結晶基板であって、
前記主面に対して、アルカリ系エッチング液によるエッチングを施した際に形成されるエッチピットの平均密度が１×１０
６
ｃｍ
－２
未満であり、
前記主面上の複数の異なる領域で前記エッチピットの径のヒストグラムをそれぞれ作成し、前記ヒストグラムに現れるピークのうち、最も径が小さい第１ピークの径をａ、２番目に径が小さい第２ピークの径をｂ、前記第１ピークの度数（エッチピットの個数）をＡ、前記第２ピークの度数をＢ、前記第１ピークを構成する前記エッチピットの数をα、前記第２ピークを構成する前記エッチピットの数をβとしたとき、以下の条件（１）、（２）および（３）の少なくともいずれかを満たす、窒化ガリウム単結晶基板が提供される。
（１）複数の前記ヒストグラムにおけるａ／ｂの値のばらつきが、平均値±５％以内である。
（２）複数の前記ヒストグラムにおけるＡ／Ｂの値のばらつきが、平均値±１５％以内である。
（３）複数の前記ヒストグラムにおけるα／βの値のばらつきが、平均値±３０％以内である。
【０００８】
また、本発明の他の態様によれば、
主面に最も近い低指数の結晶面が（０００１）面であり、前記主面の転位密度分布が面内均一な窒化ガリウム単結晶からなる下地基板を準備する工程（ａ）と、
前記下地基板の前記主面上に、窒化ガリウム単結晶をエピタキシャル成長させる工程（ｂ）と、
前記工程（ｂ）でエピタキシャル成長させた窒化ガリウム単結晶から、５０ｍｍ以上の直径を有する窒化ガリウム単結晶基板を得る工程（ｃ）と、を有し、
前記工程（ｂ）では、成長期間のすべてにおいて、前記（０００１）面以外の傾斜界面を生じさせることなく、前記（０００１）面のみを成長面として、前記窒化ガリウム単結晶をエピタキシャル成長させ、
前記工程（ｃ）で得られた窒化ガリウム単結晶基板を新たな下地基板として、前記工程（ｂ）および前記工程（ｃ）を少なくとも１回以上繰り返し行う、窒化ガリウム単結晶基板の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、転位密度の低い窒化ガリウム単結晶基板を作製する際、成長や加工で発生するクラックを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態に係る窒化ガリウム単結晶基板の製造方法を示すフローチャートである。
図２（ａ）～（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る窒化ガリウム単結晶基板の製造方法の一部を示す概略断面図である。
図３は、本発明の一実施形態に係る窒化ガリウム単結晶基板の主面に形成されるエッチピットの一例を示すＳＥＭ像である。
図４は、ＶＡＳ基板のエッチピットの径のヒストグラムである。
図５は、実施例１の基板のエッチピットの径のヒストグラムである。
図６は、比較例１の基板のエッチピットの径のヒストグラムである。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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