本發(fā)明涉及氮化鎵(gan)晶體及其制造方法。

背景技術：

1、近年來，作為用于數十ghz～數百ghz的高頻的器件用途，正在積極地進行gan系高電子遷移率晶體管(hemt)(以下，有時稱為“gan-hemt”)的開發(fā)。

2、gan-hemt是使gan在基板上進行晶體生長而構成的。作為用于gan-hemt的基板，已對硅、碳化硅(sic)、gan等進行了研究，但使用了gan基板的gan-hemt與使用了其它基板的情況相比，可期待優(yōu)異的性能。

3、gan-hemt雖然以高頻反復進行電流的on/off，但是，理想的是要求在off狀態(tài)時電流完全不流通。因此，對用于gan-hemt的gan基板要求為高電阻，進行了將gan基板半絕緣化而制成半絕緣性基板(semi-insulating?substrate：si基板)的操作。

4、作為使gan基板半絕緣的方法，已知有摻雜過渡金屬元素的方法。過渡金屬元素作為受主(acceptor)發(fā)揮作用，因此，具有補償無意地導入至gan基板中的背景施主(background?donor)、降低gan基板內的載流子濃度的效果。將這樣的過渡金屬元素稱為補償雜質。

5、例如，在非專利文獻1所記載的發(fā)明中，得到了摻雜有鐵(fe)、錳(mn)作為補償雜質的gan晶體。另外，在專利文獻1、2中，得到了摻雜有鋅(zn)作為補償雜質的gan晶體。

6、現有技術文獻

7、專利文獻

8、專利文獻1：日本特開2011-020896號公報

9、專利文獻2：日本特開昭60-65798號公報

10、非專利文獻

11、非專利文獻1：m?iwinska?et?al.,“iron?and?manganese?as?dopants?used?inthecrystallization?of?highly?resistive?hvpe-gan?on?native?seeds”,japanesejournal?of?applied?physics,第58卷sc1047,2019

技術實現思路

1、發(fā)明所要解決的問題

2、在使用fe作為補償雜質的情況下，得到的gan晶體的比電阻較小，在用作器件用的si基板的情況下，具有器件的漏電流增加的隱患。另外，在使用mn作為補償雜質的情況下，得到的gan晶體的比電阻大，但存在容易在gan晶體中擴散的傾向。因此，在用作器件用的si基板的情況下，存在由電流崩塌導致的導通電阻增大的隱患。

3、作為除上述fe、mn以外的補償雜質，專利文獻1中公開了使用zn通過助熔劑法得到的gan晶體。另外，專利文獻2中公開了使用有機鋅化合物作為摻雜劑前體并通過mocvd法摻雜zn而得到的gan晶體層。

4、然而，在使用上述摻雜有zn的gan晶體作為si基板時，無法實現滿足高的比電阻、抑制電流崩塌的發(fā)生及高的晶體品質全部這三項的gan晶體。

5、因此，本發(fā)明的第一目的在于提供晶體品質優(yōu)異、并且實現了高的比電阻和電流崩塌的發(fā)生的抑制的gan晶體及其制造方法。

6、另外，在使用上述摻雜有zn的gan晶體作為si基板時，晶體品質存在改進的余地。此外，如果想要通過mocvd法來得到摻雜有zn的gan晶體層，則晶體生長速度極其緩慢，無法得到gan自支撐基板。

7、因此，本發(fā)明的第二目的在于提供晶體品質優(yōu)異、并且可成為自支撐基板的gan晶體及其制造方法。

8、解決問題的方法

9、即，本發(fā)明的主旨如下所述。

10、[1]一種gan晶體，其包含zn摻雜gan層，

11、上述zn摻雜gan層中，zn濃度為1.0×1016atoms/cm3以上且1.0×1020atoms/cm3以下，基于(004)x射線衍射的搖擺曲線的半值全寬為50arcsec以下。

12、[2]一種gan晶體，其包含zn摻雜gan層，

13、上述zn摻雜gan層中，zn濃度為1.0×1016atoms/cm3以上且1.0×1020atoms/cm3以下，基于(201)x射線衍射的搖擺曲線的半值全寬為50arcsec以下。

14、[3]根據上述[1]或[2]所述的gan晶體，其中，

15、上述zn摻雜gan層中，c濃度為1.0×1018atoms/cm3以下。

16、[4]根據上述[1]～[3]中任一項所述的gan晶體，其中，

17、上述zn摻雜gan層的厚度為50μm以上。

18、[5]根據上述[1]～[4]中任一項所述的gan晶體，其中，

19、上述zn摻雜gan層的晶體表面的堿金屬濃度為10ppm以下。

20、[6]根據上述[1]～[5]中任一項所述的gan晶體，其中，

21、上述zn摻雜gan層不包含堿金屬包裹體(inclusion)。

22、[7]根據上述[1]～[6]中任一項所述的gan晶體，其中，

23、對上述zn摻雜gan層照射具有比gan的帶隙能量大的能量的光時發(fā)出的光的峰值不存在于2.64～2.82ev的區(qū)域。

24、[8]根據上述[1]～[7]中任一項所述的gan晶體，其中，

25、上述zn摻雜gan層的300k下的比電阻為1×109ωcm以上。

26、[9]根據上述[1]～[8]中任一項所述的gan晶體，其中，

27、上述zn摻雜gan層具有相對于(0001)晶面的傾斜度為10度以下的表面。

28、[10]根據上述[1]～[9]中任一項所述的gan晶體，其中，

29、上述zn摻雜gan層中，總施主雜質濃度小于5.0×1016atoms/cm3。

30、[11]根據上述[1]～[10]中任一項所述的gan晶體，其中，

31、上述zn摻雜gan層中，o(氧)及si(硅)的含量均為1.0×1015atoms/cm3以上。

32、[12]一種gan晶體，其包含zn摻雜gan層，

33、上述zn摻雜gan層的300k下的比電阻為1×109ωcm以上。

34、[13]一種gan晶體的制造方法，其是通過氣相生長法制造包含zn濃度為1.0×1016atoms/cm3以上且1.0×1020atoms/cm3以下的zn摻雜gan層的gan晶體的方法，該方法包括：

35、使用金屬zn作為摻雜前體。

36、[14]一種gan晶體的制造方法，其是通過氣相生長法制造包含zn濃度為1.0×1016atoms/cm3以上且1.0×1020atoms/cm3以下、厚度為50μm以上的zn摻雜gan層的gan晶體的方法，該方法包括：

37、使用有機zn化合物作為摻雜前體。

38、[15]根據上述[13]或[14]所述的gan晶體的制造方法，其中，

39、上述氣相生長法為hvpe法。

40、另外，與本發(fā)明的上述第一目的相對應的方式a的主旨如下所述。

41、[1]一種gan晶體，其包含zn摻雜gan層，

42、上述zn摻雜gan層中，zn濃度為1.0×1016atoms/cm3以上且1.0×1020atoms/cm3以下，c濃度為1.0×1018atoms/cm3以下，基于(004)x射線衍射的搖擺曲線的半值全寬為50arcsec以下。

43、[2]一種gan晶體，其包含zn摻雜gan層，

44、上述zn摻雜gan層中，zn濃度為1.0×1016atoms/cm3以上且1.0×1020atoms/cm3以下，c濃度為1.0×1018atoms/cm3以下，基于(201)x射線衍射的搖擺曲線的半值全寬為50arcsec以下。

45、[3]根據上述[1]或[2]所述的gan晶體，其中，

46、上述zn摻雜gan層的晶體表面的堿金屬濃度為10ppm以下。

47、[4]根據上述[1]～[3]中任一項所述的gan晶體，其中，

48、上述zn摻雜gan層不包含堿金屬包裹體。

49、[5]根據上述[1]～[4]中任一項所述的gan晶體，其中，

50、對上述zn摻雜gan層照射具有比gan的帶隙能量大的能量的光時發(fā)出的光的峰值不存在于2.64～2.82ev的區(qū)域。

51、[6]根據上述[1]～[5]中任一項所述的gan晶體，其中，

52、上述zn摻雜gan層的厚度為50μm以上。

53、[7]根據上述[1]～[6]中任一項所述的gan晶體，其中，

54、上述zn摻雜gan層的300k下的比電阻為1×109ωcm以上。

55、[8]根據上述[1]～[7]中任一項所述的gan晶體，其中，

56、上述zn摻雜gan層具有相對于(0001)晶面的傾斜度為10度以下的表面。

57、[9]根據上述[1]～[8]中任一項所述的gan晶體，其中，

58、上述zn摻雜gan層中，總施主雜質濃度小于5.0×1016atoms/cm3。

59、[10]根據上述[1]～[9]中任一項所述的gan晶體，其中，

60、上述zn摻雜gan層中，o(氧)濃度及si(硅)濃度均為1.0×1015atoms/cm3以上。

61、[11]一種gan晶體的制造方法，其是通過氣相生長法制造包含zn濃度為1.0×1016atoms/cm3以上且1.0×1020atoms/cm3以下的zn摻雜gan層的gan晶體的方法，該方法包括：

62、使用金屬zn作為摻雜前體。

63、[12]根據上述[11]所述的gan晶體的制造方法，其中，

64、上述氣相生長法為hvpe法。

65、另外，與本發(fā)明的上述第二目的相對應的方式b的主旨如下所述。

66、[1]一種gan晶體，其包含zn摻雜gan層，

67、上述zn摻雜gan層中，zn濃度為1.0×1016atoms/cm3以上且1.0×1020atoms/cm3以下，厚度為50μm以上，基于(004)的x射線衍射的搖擺曲線的半值全寬為50arcsec以下。

68、[2]一種gan晶體，其包含zn摻雜gan層，

69、上述zn摻雜gan層中，zn濃度為1.0×1016atoms/cm3以上且1.0×1020atoms/cm3以下，厚度為50μm以上，基于(201)的x射線衍射的搖擺曲線的半值全寬為50arcsec以下。

70、[3]根據上述[1]或[2]所述的gan晶體，其中，

71、上述zn摻雜gan層的晶體表面的堿金屬濃度為10ppm以下。

72、[4]根據上述[1]～[3]中任一項所述的gan晶體，其中，

73、上述zn摻雜gan層不包含堿金屬包裹體。

74、[5]根據上述[1]～[4]中任一項所述的gan晶體，其中，

75、對上述zn摻雜gan層照射具有比gan的帶隙能量大的能量的光時發(fā)出的光的峰值不存在于2.64～2.82ev的區(qū)域。

76、[6]根據上述[1]～[5]中任一項所述的gan晶體，其中，

77、上述zn摻雜gan層中，c濃度為1.0×1018atoms/cm3以下。

78、[7]根據上述[1]～[6]中任一項所述的gan晶體，其中，

79、上述zn摻雜gan層的300k下的比電阻為1×109ωcm以上。

80、[8]根據上述[1]～[7]中任一項所述的gan晶體，其中，

81、上述zn摻雜gan層具有5cm2以上的相對于(0001)晶面的傾斜度為10度以下的表面。

82、[9]根據上述[1]～[8]中任一項所述的gan晶體，其中，

83、上述zn摻雜gan層中，總施主雜質濃度小于5.0×1016atoms/cm3。

84、[10]根據上述[1]～[9]中任一項所述的gan晶體，其中，

85、上述zn摻雜gan層中，o(氧)濃度及si(硅)濃度均為1.0×1015atoms/cm3以上。

86、[11]一種gan晶體的制造方法，其是通過氣相生長法制造包含zn濃度為1.0×1016atoms/cm3以上且1.0×1020atoms/cm3以下、厚度為50μm以上的zn摻雜gan層的gan晶體的方法，該方法包括：

87、使用有機zn化合物作為摻雜前體。

88、[12]根據上述[11]所述的gan晶體的制造方法，其中，

89、上述氣相生長法為hvpe法。

90、發(fā)明的效果

91、通過本發(fā)明，可以提供晶體品質優(yōu)異、并且實現了高的比電阻和電流崩塌發(fā)生的抑制的gan晶體。因此，作為如gan-hemt這樣的臥式器件結構的氮化物半導體器件所使用的基板是非常適宜的。

92、另外，通過本發(fā)明，可以提供晶體品質優(yōu)異、并且具有一定以上的厚度的gan晶體。本發(fā)明的gan晶體可以用作具有較高的比電阻的自支撐基板，因此，作為gan-hemt這樣的臥式器件結構的氮化物半導體器件所使用的基板是非常適宜的。