GaN基板、GaN晶体的制造方法以及GaN基板的制造方法与流程

本发明涉及一种氮化镓（gan）基板、gan晶体的制造方法以及gan基板的制造方法。

背景技术：

1、由gan晶体得到的gan基板被用作用于制造激光二极管（ld）的基板。最近，gan基板作为纵向型功率半导体器件（pd）用的基板而备受期待。

2、作为ld用gan基板、纵向型pd用gan基板，为了提高器件的性能，要求减少了晶体缺陷的gan基板。

3、专利文献1中记载了在设置有图案掩模的gan晶种上使用氨热法使gan晶体生长的方法以及由此得到的gan晶体。专利文献2中记载了将通过氨热法得到的gan晶体作为晶种，使用hvpe法得到的gan晶体。

4、现有技术文献

5、专利文献

6、专利文献1：wo2018/030311号

7、专利文献2：wo2020/036047号

8、非专利文献

9、非专利文献1：福泽理行，学位论文《关于化合物半导体的光弹性评价的研究》，京都工艺纤维大学（1997）

10、非专利文献2：m.fukuzawa，t.chu，和m.yamada，j.soc.mat.sci.，japan.，51，9，966，（2002）

11、非专利文献3：m.fukuzawa，r.kashiwagi，和m.yamada，phys.status solidi c 8，no.2，432，（2011）

技术实现思路

1、发明所要解决的问题

2、如上所述，通过在设置有图案掩模的gan晶种上使用氨热法使gan晶体生长的方法而得到的gan晶体、将其作为晶种并使用hvpe法使其生长而得到的gan晶体，从作为器件制造时的c面gan基板使用时的成品率的观点考虑，存在改善的余地。

3、此外，如上所述，通过在设置有图案掩模的gan晶种上使用氨热法使gan晶体生长的方法而得到的gan晶体对于在大范围减少晶体缺陷方面尚有改善的余地。

4、因此，本发明的第一方式的目的在于提供一种能改善作为器件制造时的c面gan基板使用时的成品率的gan基板。

5、此外，本发明的第二方式的目的在于提供一种在大范围减少了晶体缺陷的gan晶体和gan基板。

6、用于解决问题的方案

7、针对上述问题，本发明人等进行了深入研究，结果发现，上述成品率的下降的主要原因之一是在gan晶体的主面中局部存在的应变，从而完成了本发明的第一方式。此外，针对上述问题，本发明人等进行了深入研究，结果发现，通过所需的制造方法，能实现在大范围减少了晶体缺陷的gan晶体，从而完成了本发明的第二方式。

8、本发明的实施方式包含以下内容。

9、<1>一种gan基板，其具有相对于（0001）面的倾斜度为0～20度、面积为15cm2以上的主面，其中，

10、在上述主面内存在至少一个0.275cm2的面积的观察区域，上述观察区域的上述面积的位错密度小于1.0×104cm-2。

11、<2>根据<1>所述的gan基板，其中，

12、上述观察区域包含单位区域a和单位区域b，

13、单位区域a的位错密度小于1.0×102cm-2，

14、单位区域b的位错密度为1.0×103cm-2以上。

15、<3>根据<1>或<2>所述的gan基板，其中，上述观察区域为5.5mm×5.0mm的观察区域，将上述观察区域分割为10份而得到的5.5mm×0.5mm的单位区域中，位错密度小于1.0×102cm-2的单位区域的数量为1个以上。

16、<4>根据<1>～<3>中任一项所述的gan基板，其中，上述主面的（004）xrd摇摆曲线fwhm为20arcsec以下。

17、<5>根据<1>～<4>中任一项所述的gan基板，其中，

18、将上述主面的法线方向设为z方向，

19、在将与上述z方向正交且相互正交的两个方向分别设为x方向和y方向时，

20、穿过上述主面的中央且在上述x方向延伸的第一线上的偏切角的上述x方向分量的变动幅度以及穿过上述主面的中央且在上述y方向延伸的第二线上的上述偏切角的上述y方向分量的变动幅度分别在长度40mm的区间内为0.2度以下。

21、<6>根据<1>～<5>中任一项所述的gan基板，其中，li、na、k、mg以及ca的浓度均小于1×1016原子/cm3。

22、<7>根据<1>～<6>中任一项所述gan基板，其中，所述gan基板含有f。

23、<8>根据<7>所述的gan基板，其中，所述gan基板除了含有f以外，还含有选自cl、br以及i中的一种以上卤素。

24、<9>根据<8>所述的gan基板，其中，所述gan基板含有f和i。

25、<10>根据<7>所述的gan基板，其中，所述gan基板实质上含有的卤素元素仅为f。

26、<11>根据<1>～<10>中任一项所述的gan基板，其中，h浓度为5×1017原子/cm3以上且1×1020原子/cm3以下。

27、<12>根据<1>～<11>中任一项所述的gan基板，其中，所述gan基板由在3140～3200cm-1处具有归属于镓空位-氢复合体的红外吸收峰的gan晶体形成。

28、<13>一种gan晶体的制造方法，其包含以下工序：

29、准备具有氮极性表面的第一基底基板的工序；

30、在所述第一基底基板的所述氮极性表面上配置包含掩模部和掩模开口部的第一图案掩模的工序；

31、通过所述第一图案掩模的掩模开口部，利用氨热法使gan晶体生长，得到在所述第一基底基板的所述氮极性表面上隔着所述第一图案掩模层叠有gan晶体的层叠结构体的工序；

32、从所述层叠结构体分离在所述第一基底基板的所述氮极性表面上生长的gan晶体的至少一部分的工序；

33、将分离的所述gan晶体的氮极性表面平坦化的工序；

34、将分离的所述gan晶体作为第二基底基板，在平坦化的所述氮极性表面上配置第二图案掩模的工序，其中，所述第二图案掩模配置为，作为所述第二基底基板的所述gan晶体的氮极性表面中，在所述第一图案掩模的掩模开口部的上方生长的区域的至少一部分被所述第二图案掩模的掩模部覆盖；以及

35、通过所述第二图案掩模的掩模开口部，利用氨热法使gan晶体生长的工序。

36、<14>根据<13>所述的gan晶体的制造方法，其中，所述第二图案掩模配置为，作为所述第二基底基板的所述gan晶体的氮极性表面中，在所述第一图案掩模的掩模部上合并而成的合并面和在其上方生长的区域被所述第二图案掩模的掩模部覆盖。

37、<15>根据<13>或<14>所述的gan晶体的制造方法，其中，所述第二图案掩模配置为，作为所述第二基底基板的所述gan晶体的氮极性表面中，在所述第一图案掩模的掩模开口部的上方生长的区域（基底掩模开口部区域）与所述基底掩模开口部区域和所述第二图案掩模的掩模开口部重叠的区域（基底开口部露出区域）满足以下的关系式（i）。

38、基底开口部露出区域的面积/基底掩模开口部区域的面积≤10%······（i）

39、<16>根据<13>～<15>中任一项所述的gan晶体的制造方法，其中，所述第二图案掩模配置为，作为所述第二基底基板的所述gan晶体的氮极性表面中，在所述第一图案掩模的掩模开口部上生长的区域与所述第二图案掩模的掩模开口部不存在重叠的区域。

40、<17>一种gan晶体的制造方法，其中，将通过根据<13>～<16>中任一项所述的gan晶体的制造方法制造的gan晶体作为第三基底基板，通过hvpe法在镓极性表面上使gan晶体生长。

41、<18>一种gan基板的制造方法，其中，对通过根据<13>～<17>中任一项所述的gan晶体的制造方法制造的gan晶体进行切片而得到gan基板。

42、<19>一种gan基板，其具有相对于（0001）面的倾斜度为0～20度、面积为15cm2以上的主面，其中，

43、所述主面的位错密度为5.0×104cm-2以下，

44、对于所述主面，通过光弹性测定并基于下述式（1）计算出的应变评价值超过5×10-5的面积（s1）为所述主面整体的面积的2.5%以下；

45、

46、式（1）中的各项由下述式（2）和式（3）表示，

47、

48、式中，δ和ψ分别为作为源自应变的双折射量的相位差和主轴方位角，λ为光弹性测定装置的光源波长，d为试样厚度，n0为相对于光源波长的无应变折射率，|p11-p12|为光弹性张量分量，其中，λ、n0以及|p11-p12|满足以下条件。

49、λ=633nm；

50、n0=2.355；

51、|p11-p12|=0.13。

52、<20>根据<19>所述的gan基板，其中，对于所述主面，通过光弹性测定并基于式（1）计算出的应变评价值超过1×10-4的面积（s2）为上述主面整体的面积的1%以下。

53、<21>根据<19>或<20>所述的gan基板，其中，上述主面的（004）xrd摇摆曲线fwhm为20arcsec以下。

54、<22>根据<19>～<21>中任一项所述的gan基板，其中，

55、将所述主面的法线方向设为z方向，

56、在将与所述z方向正交且相互正交的两个方向分别设为x方向和y方向时，

57、穿过所述主面的中央且在所述x方向延伸的第一线上的偏切角的所述x方向分量的变动幅度以及穿过所述主面的中央且在所述y方向延伸的第二线上的所述偏切角的所述y方向分量的变动幅度分别在长度40mm的区间内为0.2度以下。

58、<23>根据<19>～<22>中任一项所述的gan基板，其中，关于杂质浓度，满足下述条件（a），

59、条件（a）：o浓度为3×1016原子/cm3以下。

60、<24>根据<19>～<23>中任一项所述的gan基板，其中，关于杂质浓度，满足下述条件（b），

61、条件（b）：h浓度为1×1017原子/cm3以下。

62、发明效果

63、根据本发明的一个方案，能得到主面的位错减少、且在主面内局部存在的应变减少的gan基板，因此在用作器件制造时的c面gan基板时，能减少成品率恶化。此外，根据本发明的一个方案，能通过所需的制造方法得到在大范围减少了晶体缺陷的gan晶体，因此在将这样的gan晶体用作器件制造用c面gan基板时，能抑制由器件的性能下降导致的成品率恶化。