1)晶体形成。 缓冲层41可以以岛图案或者以膜的形式形成在β -Ga2O3基单晶基板1上。缓冲层41可以 包含导电杂质，如Si。
[0112] 另外，在AlxGayInzN晶体当中，AlN晶体（X = l，y = z = 0)特别适合于形成缓冲 层41。当缓冲层41由AlN晶体形成时，β -Ga2O3基单晶基板1和氮化物半导体层42之间 的附着力进一步增加。缓冲层41的厚度例如为1至5nm。
[0113] 缓冲层41例如通过以大约370至500°C的生长温度外延生长AlxGa yInzN (0彡X彡1 ，0彡y彡1,0彡z彡1，x+y+z = 1)晶体而形成在β -Ga2O3基单晶基板1的主面4上。
[0114] 氮化物半导体层42由AlxGayInzN(0彡X彡1,0彡y彡1,0彡ζ彡1，x+y+z = 1) 晶体形成，并且特别优选地由容易获得高质量晶体的GaN晶体（y = 1，X = z = 0)形成。 氮化物半导体层42的厚度例如为5 μm。氮化物半导体层42可以包含导电杂质，如Si。
[0115] 氮化物半导体层42例如通过以大约1000 °C的生长温度外延生长AlxGayInzN (0<x 彡1，(Xy彡1，(Xz彡1，x+y+z = 1)晶体而隔着缓冲层41形成在β -Ga2O3基单晶基板1的 主面4上。
[0116] 第三实施方式
[0117] 第三实施方式是包括第二实施方式中的半导体多层结构40的半导体元件的实施 方式。下面描述LED元件作为这种半导体元件的例子。
[0118] 半导体元件的构i告
[0119] 图9是示出第三实施方式中的LED元件50的垂直剖面图。LED元件50具有 β -Ga2O3基单晶基板51、β -Ga 203基单晶基板51上的缓冲层52、缓冲层52上的η型覆层 53、η型覆层53上的发光层54、发光层54上的ρ型覆层55、ρ型覆层55上的接触层56、接 触层56上的ρ侧电极57以及β -Ga2O3基单晶基板51的与缓冲层52相反的一侧的面上的 η侧电极58。
[0120] 然后，用绝缘膜59覆盖由缓冲层52、η型覆层53、发光层54、ρ型覆层55和接触 层56组成的叠层的侧表面。
[0121] 在此，β -Ga2O3基单晶基板51、缓冲层52和η型覆层53是通过分别地分割或图案 化构成第一实施方式中的半导体多层结构40的β -Ga2O3基单晶基板1、缓冲层41和氮化 物半导体层42形成的。β -Ga2O3基单晶基板51、缓冲层52和η型覆层53的厚度例如分别 为 400 μ m、5nm 和 5 μ m〇
[0122] 导电杂质的添加使P-Ga2O3基单晶基板51具有导电性，并且因此能够使用 β -Ga2O3基单晶基板51形成在厚度方向上导电的LED元件50这样的垂直型半导体装置。 另外，β-Ga 2O3基单晶基板51在宽波长范围内是透光的。因此，在LED元件50这样的发光 装置中，能够在β -Ga2O3基单晶基板51侧发出光。
[0123] 由半导体多层结构40的氮化物半导体层42形成的η型覆层53具有优良的晶体 取向和较少的位错。因此，通过外延生长形成在这种η型覆层53上的发光层54、ρ型覆层 55和接触层56也具有优良的晶体取向和较少的位错。因此，LED元件50在漏电流特征、可 靠性和驱动性能等方面是优良的。
[0124] 发光层54例如由三层多量子阱结构及其上的IOnm厚的GaN晶体膜构成。每个多 量子阱结构由8nm厚的GaN晶体膜和2nm厚的InGaN晶体膜构成。例如通过以750°C的生 长温度在η型覆层53上外延生长各晶体膜来形成发光层54。
[0125] ρ型覆层55例如是包含5. OX IO1Vcm3浓度的Mg的150nm厚的GaN晶体膜。例如 通过以1000°C的生长温度在发光层54上外延生长含Mg的GaN晶体来形成P型覆层55。
[0126] 接触层56例如是包含I. 5 X IO2tVcm3浓度的Mg的IOnm厚的GaN晶体膜。例如通 过以1000°C的生长温度在P型覆层55上外延生长含Mg的GaN晶体来形成接触层56。
[0127] 为了形成缓冲层52、n型覆层53、发光层54、p型覆层55和接触层56,可以使用作 为Ga原料的TMG(三甲基镓）气体、作为In原料的TMI (三甲基铟）气体、作为Si原料的 (C2H5)2SiH 2(二乙基硅烷）气体、作为Mg原料的Cp2Mg(二（戊基）镁）气体和作为N原料 的NH 3(氨）气。
[0128] 绝缘膜59由诸如SiOJA绝缘材料形成，并且例如通过溅射形成。
[0129] ρ侧电极57和η侧电极58是分别与接触层56和β -Ga2O3基单晶基板51进行欧 姆接触的电极，并且是例如使用气相沉积设备形成的。
[0130] 缓冲层52、η型覆层53、发光层54、ρ型覆层55、接触层56、ρ侧电极57和η侧电 极58形成在晶片形式的P-Ga 2O3基单晶基板51(f3-Ga203基单晶基板1)上，然后通过划片 法将β -Ga2O3基单晶基板51切割成例如300 μ m正方形尺寸的芯片，从而获得LED元件50。
[0131] LED元件50例如是配置为在β -Ga2O3基单晶基板51侧发出光的LED芯片，并且 使用Ag胶安装在CAN型芯柱上。
[0132] 尽管作为包括第二实施方式的半导体多层结构40的半导体元件的例子描述了作 为发光元件的LED元件50,但是该半导体元件不局限于此，并且可以是其他发光元件，如激 光二极管，或者其他元件，如晶体管。即使使用半导体多层结构40形成另一种元件时，也可 以获得高质量的元件，因为通过外延生长形成在半导体多层结构40上的层与LED元件50 同样具有优良的晶体取向和较少的位错。
[0133] 实施方式的效果
[0134] 本申请的发明人最先通过第一实施方式中描述的新方法成功地生长出新颖的高 质量P-Ga2O3基单晶。在第一实施方式中，通过处理新的高质量P-Ga2O 3基单晶，可以获得 具有优良的晶体取向和较少位错的高晶体质量的β -Ga2O3基单晶基板。
[0135] 在第二实施方式中，高晶体质量的P-Ga2O3基单晶基板的使用使得可以在其上外 延生长高质量的膜，因此可以获得高晶体质量的半导体多层结构。
[0136] 在第三实施方式中，高晶体质量的半导体多层结构的使用使得可以在其上外延生 长高质量的膜，因此可以获得具有高晶体质量的高性能半导体元件。
[0137] 应当指出，本发明不意图局限于上述实施方式，并且在不偏离本发明的要点的情 况下可以进行各种修改。
[0138] 另外，根据权利要求的发明不局限于实施方式。此外，应当指出，上述实施方式中 描述的特征的全部组合不是解决本发明的问题所必须的。
【主权项】
1. 一种0 -Ga 203基单晶基板，包括0 -Ga 203基单晶， 其中所述0 -Ga2O3基单晶具有小于75秒的X射线摇摆曲线的半高宽。
2. 根据权利要求1所述的0 -Ga 203基单晶基板，其中所述X射线摇摆曲线的半高宽是 在所述P-Ga 2O3基单晶的（-201)面或（001)面获得的。
3. 根据权利要求1或2所述的0-Ga 203基单晶基板，其中所述0-Ga 203基单晶具有 (-201)、（101)或（001)面取向的主面。
4. 根据权利要求1或2所述的0 -Ga 203基单晶基板，其中所述半高宽不大于35秒。
5. -种0 -Ga 203基单晶基板，具有小于9 X 10 4cm 2的平均位错密度。
6. 根据权利要求5所述的P-Ga2O3基单晶基板，其中所述平均位错密度不超过 7. 8 X lOW2。
7. 根据权利要求5或6所述的P-Ga2O3基单晶基板，还具有（-201)、（101)或（001) 面取向的主面。
8. 根据权利要求1或5所述的0 -Ga 203基单晶基板，其中所述基板不含孪晶。
9. 根据权利要求1或5所述的0 -Ga 203基单晶基板，其中所述基板还具有不小于2英 寸的直径。
10. 根据权利要求1或5所述的0 -Ga 203基单晶基板，还具有不含孪晶面的区域，并且 其中所述区域在垂直于孪晶面与主面的交叉线的方向上具有不小于2英寸的最大宽 度。
【专利摘要】一种β-Ga2O3基单晶基板包括β-Ga2O3基单晶。所述β-Ga2O3基单晶具有小于75秒的X射线摇摆曲线的半高宽。
【IPC分类】C30B29-16, C30B15-34
【公开号】CN104878449
【申请号】CN201510089930
【发明人】舆公祥, 渡边信也, 泷泽胜, 山冈优, 胁本大树, 渡边诚
【申请人】株式会社田村制作所, 株式会社光波
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年2月27日
【公告号】EP2924150A1, US20150249185