[发明专利]GaN晶体和GaN衬底

说明书

本发明提供一种GaN晶体，其可用于在如GaN‑HEMT这样的横向器件结构的氮化物半导体器件中应用的衬底；以及一种GaN衬底，其可用于如GaN‑HEMT这样的横向器件结构的氮化物半导体器件的制造。该GaN晶体具有5cm²以上的相对于(0001)晶面的倾斜为10度以下的表面，Mn浓度为1.0×10¹⁶atoms/cm³以上且小于1.0×10¹⁹atoms/cm³，总施主杂质浓度小于5.0×10¹⁶atoms/cm³。

技术领域

本发明涉及一种GaN晶体和GaN衬底，特别是涉及一种半绝缘性GaN晶体和半绝缘性GaN衬底。

背景技术

GaN(氮化镓)是III族氮化物化合物中的一种，具备属于六方晶系的纤锌矿型的晶体结构。

近年来，作为GaN-HEMT(High Electron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体管)用的衬底，研究了将半绝缘性GaN层设为表面层的衬底、整体由半绝缘性GaN晶体构成的单晶GaN衬底(专利文献1)。

半绝缘性GaN是指高电阻化的GaN，通常具有1×10⁵Ωcm以上的室温电阻率。

为了使GaN为半绝缘性，已知只要掺杂有如Fe(铁)、Mn(锰)、C(碳)这样的具有补偿n型载流子作用的杂质(补偿杂质)即可。

根据非专利文献1中记载的内容，当利用HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy，氢化物气相外延)法使Mn浓度为2×10¹⁷cm^-3的GaN晶体在GaN衬底上同质外延生长时，结果作为施主杂质的Si的浓度为6×10¹⁶cm^-3。认为该浓度的Si元素在HVPE生长的环境下非有意地导入晶体中，因此可以说不依赖于Mn浓度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-246195号公报

非专利文献

非专利文献1：日本应用物理杂志(Japanese Journal of Applied Physics)，第58卷SC1047

发明内容

发明所要解决的问题

为了得到在GaN-HEMT中使用的GaN衬底，本发明人对掺杂有Mn的半绝缘性GaN进行了研究。其结果是确认到当提高Mn的掺杂量，则GaN晶体虽然为高电阻化，但与未掺杂的GaN晶体相比，穿透位错密度增高，GaN晶体本身也变脆，因此晶体品质下降。

这样，目前是尚未得到足够的高电阻化且与未掺杂的GaN晶体持平的良好晶体品质的Mn掺杂GaN晶体。

本发明的课题在于得到一种GaN晶体，其能够用于在如GaN-HEMT这样的横向器件结构的氮化物半导体器件中应用的衬底。

另外，本发明的课题在于得到一种GaN衬底，其能够用于制造如GaN-HEMT这样的横向器件结构的氮化物半导体器件。

解决问题的技术方案

本发明人等进行了深入研究，结果发现GaN晶体中的作为有助于高电阻化的补偿杂质的Mn的浓度与阻碍由补偿杂质带来的高电阻化效果的施主杂质的浓度之间的平衡很重要，并发现通过将其最优化而能够解决上述课题。具体地，发现通过用Mn掺杂利用HVPE法生长GaN晶体时，将施主杂质的浓度抑制得较低，另一方面以适度的浓度掺杂Mn，可得到具有半绝缘性且品质良好的GaN晶体，从而想到了本发明。

即，本发明的主旨如下所述：