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公開番号2025125640
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-28
出願番号2024021692
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】Mnが均一にドープされた、高抵抗な窒化ガリウム単結晶基板を提供する。
【解決手段】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、基板中のMn濃度が5×10¹⁷cm^-3以上であり、主面上の複数の任意の点について、2次イオン質量分析を行った際のMn濃度のばらつきが、平均値±20%以内である、窒化ガリウム単結晶基板。
【選択図】図3
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、
基板中のＭｎ濃度が５×１０
１７
ｃｍ
－３
以上であり、
前記主面上の複数の任意の点について、２次イオン質量分析を行った際のＭｎ濃度のばらつきが、平均値±２０％以内である、窒化ガリウム単結晶基板。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
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、
基板中のＭｎ濃度が５×１０
１７
ｃｍ
－３
以上であり、
前記主面上の複数の任意の点について、抵抗率を測定した際のばらつきが、平均値±２０％以内である、窒化ガリウム単結晶基板。
【請求項３】
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、
基板中のＭｎ濃度が５×１０
１７
ｃｍ
－３
以上であり、
前記主面上の複数の任意の点について、ビッカース硬さを測定した際のばらつきが、平均値±２％以内である、窒化ガリウム単結晶基板。
【請求項４】
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、
基板中のＭｎ濃度が５×１０
１７
ｃｍ
－３
以上であり、
前記主面上の複数の任意の点について、表面粗さ測定を行った際の算術平均高さＳａのばらつきが、平均値±２０％以内である、窒化ガリウム単結晶基板。
【請求項５】
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、
基板中のＭｎ濃度が５×１０
１７
ｃｍ
－３
以上であり、
前記主面上の複数の任意の点について、７００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の波長範囲における光透過率の最小値のばらつきが、平均値±２０％以内である、窒化ガリウム単結晶基板。
【請求項６】
抵抗率の平均値が、１×１０
８
Ωｃｍ以上である、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】
シリコンおよび酸素の合計含有量が、１×１０
１７
ｃｍ
－３
以下である、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８】
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、Ｍｎ濃度が５×１０
１７
ｃｍ
－３
以上である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、ＨＣｌを含むガスを間欠的に導入し、成長界面を定期的にエッチングすることで、結晶中にＭｎを均一にドープする、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 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表されるＩＩＩ族窒化物半導体は、発光デバイスや電子デバイスなどの半導体装置を構成する材料として広く用いられている。ＩＩＩ族窒化物半導体により構成される半導体装置の品質（半導体特性等）を向上させるため、半導体装置の製造用の半導体積層物または窒化物半導体自立基板を結晶品質が良好となるように製造することが望まれている。
【０００３】
ＧａＮ単結晶基板を製造する方法としては、例えば、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。また、特許文献２には、基板上にＧａＮからなる半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、該ＧａＮ層をスライスすることでＧａＮ自立基板を作製する工程と、を有する方法が開示されている。
【０００４】
また、高周波の半導体装置を製造する用途などでは、高抵抗を有する半絶縁性のＧａＮ単結晶基板が求められている。半絶縁性のＧａＮ単結晶基板を得るためのドーパントとしては、鉄（Ｆｅ）やマンガン（Ｍｎ）、炭素（Ｃ）が用いられており、その中でもマンガン（Ｍｎ）を用いると最も高抵抗な基板を作製することが出来る。例えば、特許文献３には、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）により、前記下地基板の上方に、マンガンを含むＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる結晶層をエピタキシャル成長させる、窒化物結晶基板の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００３－１７８９８４号公報
特開２００８－１５６１８９号公報
特開２０２１－１０９８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＭｎをドープしたＧａＮ基板、特に大口径（例えば、直径５０ｍｍ以上）のＧａＮ基板においては、基板面内におけるＭｎ濃度分布のばらつきが大きいという課題があることが明らかになった。
【０００７】
本発明の目的は、Ｍｎが均一にドープされた、高抵抗な窒化ガリウム単結晶基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、
基板中のＭｎ濃度が５×１０
１７
ｃｍ
－３
以上であり、
前記主面上の複数の任意の点について、２次イオン質量分析を行った際のＭｎ濃度のばらつきが、平均値±２０％以内である、窒化ガリウム単結晶基板が提供される。
【０００９】
また、本発明の他の態様によれば、
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、
基板中のＭｎ濃度が５×１０
１７
ｃｍ
－３
以上であり、
前記主面上の複数の任意の点について、抵抗率を測定した際のばらつきが、平均値±２０％以内である、窒化ガリウム単結晶基板が提供される。
【００１０】
また、本発明のさらに他の態様によれば、
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、
基板中のＭｎ濃度が５×１０
１７
ｃｍ
－３
以上であり、
前記主面上の複数の任意の点について、ビッカース硬さを測定した際のばらつきが、平均値±２％以内である、窒化ガリウム単結晶基板が提供される。
（【００１１】以降は省略されています）

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