基底基板的制作方法

本发明涉及具备用于α－ga2o3系或α－cr2o3系半导体膜的结晶生长的取向层的基底基板。

背景技术：

1、近年来，采用了氮化镓（gan）的半导体器件得到实用化。例如，在蓝宝石基板上依次层叠n型gan层、包含ingan层的量子阱层和包含gan层的势垒层交替层叠得到的多量子阱层（mqw）及p型gan层而形成的器件实现了量产化。

2、另外，还在积极地进行与蓝宝石具有相同结晶结构的刚玉相型的α－氧化镓（α－ga2o3）的研究开发。实际上，α－ga2o3的带隙高达5.3ev，作为功率半导体元件用材料而备受期待。例如，专利文献1（日本特开2014－72533号公报）中涉及一种半导体装置，该半导体装置由具有刚玉型结晶结构的基底基板、具有刚玉型结晶结构的半导体层、以及具有刚玉型结晶结构的绝缘膜形成，并公开了在蓝宝石基板上形成α－ga2o3膜而作为半导体层的例子。另外，专利文献2（日本特开2016－25256号公报）中公开如下内容，即，一种半导体装置，其具备：包含具有刚玉结构的结晶性氧化物半导体作为主成分的n型半导体层、以具有六方晶的结晶结构的无机化合物为主成分的p型半导体层、以及电极，实施例中，在c面蓝宝石基板上形成亚稳相、即具有刚玉结构的α－ga2o3作为n型半导体层并形成具有六方晶的结晶结构的α－rh2o3膜作为p型半导体层，制作二极管。

3、然而，已知：这些半导体器件中，结晶缺陷较少者能够得到良好的特性。特别是，功率半导体中，结晶缺陷的多少会左右介电击穿电场特性，因此，希望明显减少结晶缺陷。应予说明，此处所称的结晶缺陷是指：贯穿刃型位错、贯穿螺旋位错、贯穿混合位错及基面位错，结晶缺陷密度为各位错密度的合计。但是，由于α－ga2o3为亚稳相，所以，结晶缺陷少的单晶基板尚未实用化，通常是以异质外延生长形成在蓝宝石基板等上。像这样的情况下，有时因与蓝宝石之间的晶格常数差异而在半导体膜中产生应力，形成大量结晶缺陷。例如，在c面蓝宝石上将α－ga2o3成膜的情况下，蓝宝石（α－al2o3）的a轴长度（4.754å）和α－ga2o3的a轴长度（4.983å）相差约5％，该差异构成结晶缺陷的主要原因。

4、作为减少与α－ga2o3之间的晶格常数差异的努力，已知使用包含具有a轴长度和／或c轴长度比蓝宝石大的刚玉型结晶结构的材料的取向层。例如，专利文献3（日本特许第7159449号公报）中公开一种基底基板，其具备用于13族元素的氮化物或氧化物的结晶生长的取向层，该基底基板中，取向层的用于结晶生长那侧的表面由具有a轴长度和／或c轴长度比蓝宝石大的刚玉型结晶结构的材料构成，取向层包含含有选自由α－al2o3、α－cr2o3、α－fe2o3、α－ti2o3、α－v2o3及α－rh2o3构成的组中的2种以上的固溶体。另外，该专利文献3还公开了：取向层具有位于靠近表面的位置的在厚度方向上组成稳定的组成稳定区域、以及位于远离表面的位置的在厚度方向上组成变化的梯度组成区域。

5、现有技术文献

6、专利文献

7、专利文献1：日本特开2014－72533号公报

8、专利文献2：日本特开2016－25256号公报

9、专利文献3：日本特许第7159449号公报

技术实现思路

1、然而，关于氧化镓，已知：除了刚玉型结构的α相以外，还能够具有β相、ε相等其他的结晶结构。例如，即便在cr2o3上形成α－ga2o3膜的情况下，也有时局部地形成有如上所述的异相。像这样的异相的形成使成品率降低。考虑工业生产的情况下，成品率优选为95％以上。

2、本发明的发明人最近发现：通过使用于α－ga2o3系或α－cr2o3系半导体膜的结晶生长的取向层以规定的厚度比具有在厚度方向上组成稳定的组成稳定区域和在厚度方向上组成变化的梯度组成区域，可以提供能够减少在取向层上形成的α－ga2o3系或α－cr2o3系半导体膜中的异相形成概率而改善成品率（良品率）的基底基板。

3、因此，本发明的目的在于，提供具备用于α－ga2o3系或α－cr2o3系半导体膜的结晶生长的取向层的基底基板，其中，能够减少在取向层上形成的α－ga2o3系或α－cr2o3系半导体膜中的异相形成概率而改善成品率（良品率）。

4、根据本发明，提供以下的方案。

5、[方案1]

6、一种基底基板，其具备用于半导体膜的结晶生长的取向层，其中，

7、所述半导体膜由选自由α－ga2o3、α－ga2o3系固溶体、α－cr2o3及α－cr2o3系固溶体构成的组中的至少1种构成，

8、所述取向层的用于所述结晶生长那侧的表面由具有a轴长度和／或c轴长度比蓝宝石大的刚玉型结晶结构的材料构成，

9、所述取向层具有在厚度方向上组成稳定的组成稳定区域和在厚度方向上组成变化的梯度组成区域，所述组成稳定区域比所述梯度组成区域厚。

10、[方案2]

11、根据方案1所述的基底基板，其中，

12、所述组成稳定区域的厚度为所述梯度组成区域的厚度的1.5倍以上。

13、[方案3]

14、根据方案1或2所述的基底基板，其中，

15、所述组成稳定区域的厚度为所述梯度组成区域的厚度的2.0倍以上。

16、[方案4]

17、根据方案1～3中的任一项所述的基底基板，其中，

18、所述组成稳定区域的厚度为30μm以上。

19、[方案5]

20、根据方案1～4中的任一项所述的基底基板，其中，

21、所述组成稳定区域包含α－cr2o3。

22、[方案6]

23、根据方案1～5中的任一项所述的基底基板，其中，

24、所述组成稳定区域位于靠近用于所述结晶生长那侧的表面的位置，且所述梯度组成区域位于远离用于所述结晶生长那侧的表面的位置。

25、[方案7]

26、根据方案1～6中的任一项所述的基底基板，其中，

27、所述梯度组成区域由包含α－cr2o3和α－al2o3的固溶体构成。

28、[方案8]

29、根据方案7所述的基底基板，其中，

30、所述梯度组成区域中，al浓度在厚度方向上趋向所述组成稳定区域而降低。

31、[方案9]

32、根据方案1～8中的任一项所述的基底基板，其中，

33、所述取向层为异质外延生长层。

34、[方案10]

35、根据方案1～9中的任一项所述的基底基板，其中，

36、在所述取向层的与所述表面相反一侧还具备支撑基板。

37、[方案11]

38、根据方案10所述的基底基板，其中，

39、所述支撑基板为蓝宝石基板。

40、[方案12]

41、根据方案1～11中的任一项所述的基底基板，其中，

42、所述取向层为基于蓝宝石基板的异质外延生长层。