[發(fā)明專利]GaN晶體和GaN襯底

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202180051365.5
• 申請(qǐng)日: 2021-08-18
• 公開（公告）號(hào): CN115885058A
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 塚田悠介;大島祐一;江夏悠貴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 三菱化學(xué)株式會(huì)社;國(guó)立研究開發(fā)法人物質(zhì)?材料研究機(jī)構(gòu)
• 主分類號(hào): C23C16/34
• 分類號(hào): C23C16/34
• 代理公司: 上海華誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31300
• 代理人: 李曉

本發(fā)明提供一種GaN晶體，其可用于在如GaN?HEMT這樣的橫向器件結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體器件中應(yīng)用的襯底；以及一種GaN襯底，其可用于如GaN?HEMT這樣的橫向器件結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體器件的制造。該GaN晶體具有5cm²以上的相對(duì)于(0001)晶面的傾斜為10度以下的表面，Mn濃度為1.0×10¹⁶atoms/cm³以上且小于1.0×10¹⁹atoms/cm³，總施主雜質(zhì)濃度小于5.0×10¹⁶atoms/cm³。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種GaN晶體和GaN襯底，特別是涉及一種半絕緣性GaN晶體和半絕緣性GaN襯底。

背景技術(shù)

GaN(氮化鎵)是III族氮化物化合物中的一種，具備屬于六方晶系的纖鋅礦型的晶體結(jié)構(gòu)。

近年來(lái)，作為GaN-HEMT(High Electron Mobility Transistor，高電子遷移率晶體管)用的襯底，研究了將半絕緣性GaN層設(shè)為表面層的襯底、整體由半絕緣性GaN晶體構(gòu)成的單晶GaN襯底(專利文獻(xiàn)1)。

半絕緣性GaN是指高電阻化的GaN，通常具有1×10⁵Ωcm以上的室溫電阻率。

為了使GaN為半絕緣性，已知只要摻雜有如Fe(鐵)、Mn(錳)、C(碳)這樣的具有補(bǔ)償n型載流子作用的雜質(zhì)(補(bǔ)償雜質(zhì))即可。

根據(jù)非專利文獻(xiàn)1中記載的內(nèi)容，當(dāng)利用HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy，氫化物氣相外延)法使Mn濃度為2×10¹⁷cm^-3的GaN晶體在GaN襯底上同質(zhì)外延生長(zhǎng)時(shí)，結(jié)果作為施主雜質(zhì)的Si的濃度為6×10¹⁶cm^-3。認(rèn)為該濃度的Si元素在HVPE生長(zhǎng)的環(huán)境下非有意地導(dǎo)入晶體中，因此可以說(shuō)不依賴于Mn濃度。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2012-246195號(hào)公報(bào)

非專利文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)1：日本應(yīng)用物理雜志(Japanese Journal of Applied Physics)，第58卷SC1047

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的問題

為了得到在GaN-HEMT中使用的GaN襯底，本發(fā)明人對(duì)摻雜有Mn的半絕緣性GaN進(jìn)行了研究。其結(jié)果是確認(rèn)到當(dāng)提高M(jìn)n的摻雜量，則GaN晶體雖然為高電阻化，但與未摻雜的GaN晶體相比，穿透位錯(cuò)密度增高，GaN晶體本身也變脆，因此晶體品質(zhì)下降。

這樣，目前是尚未得到足夠的高電阻化且與未摻雜的GaN晶體持平的良好晶體品質(zhì)的Mn摻雜GaN晶體。

本發(fā)明的課題在于得到一種GaN晶體，其能夠用于在如GaN-HEMT這樣的橫向器件結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體器件中應(yīng)用的襯底。

另外，本發(fā)明的課題在于得到一種GaN襯底，其能夠用于制造如GaN-HEMT這樣的橫向器件結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體器件。

解決問題的技術(shù)方案

本發(fā)明人等進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)GaN晶體中的作為有助于高電阻化的補(bǔ)償雜質(zhì)的Mn的濃度與阻礙由補(bǔ)償雜質(zhì)帶來(lái)的高電阻化效果的施主雜質(zhì)的濃度之間的平衡很重要，并發(fā)現(xiàn)通過(guò)將其最優(yōu)化而能夠解決上述課題。具體地，發(fā)現(xiàn)通過(guò)用Mn摻雜利用HVPE法生長(zhǎng)GaN晶體時(shí)，將施主雜質(zhì)的濃度抑制得較低，另一方面以適度的濃度摻雜Mn，可得到具有半絕緣性且品質(zhì)良好的GaN晶體，從而想到了本發(fā)明。

即，本發(fā)明的主旨如下所述：