(57)【要約】【課題】ＨＶＰＥ法によりβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶からなるエピタキシャル層を高い成長レートで成長させることができるβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶からなる半導体基板、その半導体基板とエピタキシャル層を有するエピタキシャルウエハ、及びそのエピタキシャルウエハの製造方法を提供する。【解決手段】一実施の形態として、ＨＶＰＥ法によるエピタキシャル結晶成長用の下地基板として用いられる半導体基板であって、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなり、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶の［０１０］軸に平行な面を主面とする、半導体基板１１を提供する。【選択図】図１
2015214448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＨＶＰＥ法によるエピタキシャル結晶成長用の下地基板として用いられる半導体基板であって、
β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなり、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶の［０１０］軸に平行な面を主面とする、
半導体基板。
【請求項２】
前記主面が、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶の［０１０］軸を回転軸として（１００）面から（１０１）面へ向かう方向に３８°以上９０°以下の範囲内の角度で回転させた面である、
請求項１に記載の半導体基板。
【請求項３】
前記角度が、６８±１０°である、
請求項２に記載の半導体基板。
【請求項４】
前記角度が、３８±１°、５３．８±１°、６８±１°、７６．３±１°、７７．３±１°、８３±１°、又は９０±１°である、
請求項２に記載の半導体基板。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の前記半導体基板と、
前記半導体基板の前記主面上にＨＶＰＥ法によるエピタキシャル結晶成長により形成された、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなるエピタキシャル層と、
を有するエピタキシャルウエハ。
【請求項６】
β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなり、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶の［０１０］軸に平行な面を主面とする半導体基板上に、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなるエピタキシャル層をＨＶＰＥ法によるエピタキシャル結晶成長により形成する工程を含む、
エピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項７】
前記エピタキシャル層の成長レートが１．２μｍ／ｈ以上である、
請求項６に記載のエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項８】
前記半導体基板の前記主面が、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶の［０１０］軸を回転軸として（１００）面から（１０１）面へ向かう方向に３８°以上９０°以下の範囲内の角度で回転させた面である、
請求項６又は７に記載のエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項９】
前記角度が、６８±１０°である、
請求項８に記載のエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項１０】
前記角度が、３８±１°、５３．８±１°、６８±１°、７６．３±１°、７７．３±１°、８３±１°、又は９０±１°である、
請求項８に記載のエピタキシャルウエハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板、並びにエピタキシャルウエハ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、β−Ｇａ２Ｏ３系基板上に、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法によるエピタキシャル結晶成長によりβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１によれば、β−Ｇａ２Ｏ３系基板の主面の面方位を所定の面方位とすることにより、ＭＢＥ法により、β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜を高い成長レートで成長させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０３５４６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的の１つは、ＨＶＰＥ法によりβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶からなるエピタキシャル層を高い成長レートで成長させることができるβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶からなる半導体基板、その半導体基板とエピタキシャル層を有するエピタキシャルウエハ、及びそのエピタキシャルウエハの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］〜［４］の半導体基板を提供する。
【０００７】
［１］ＨＶＰＥ法によるエピタキシャル結晶成長用の下地基板として用いられる半導体基板であって、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなり、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶の［０１０］軸に平行な面を主面とする、半導体基板。
【０００８】
［２］前記主面が、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶の［０１０］軸を回転軸として（１００）面から（１０１）面へ向かう方向に３８°以上９０°以下の範囲内の角度で回転させた面である、前記［１］に記載の半導体基板。
【０００９】
［３］前記角度が、６８±１０°である、前記［２］に記載の半導体基板。
【００１０】
［４］前記角度が、３８±１°、５３．８±１°、６８±１°、７６．３±１°、７７．３±１°、８３±１°、又は９０±１°である、前記［２］に記載の半導体基板。
【００１１】
また、本発明の他の態様は、上記目的を達成するために、下記［５］のエピタキシャルウエハを提供する。
【００１２】
［５］前記［１］〜［４］のいずれか１項に記載の前記半導体基板と、前記半導体基板の前記主面上にＨＶＰＥ法によるエピタキシャル結晶成長により形成された、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなるエピタキシャル層と、を有するエピタキシャルウエハ。
【００１３】
また、本発明の他の態様は、上記目的を達成するために、下記［６］〜［１０］のエピタキシャルウエハの製造方法を提供する。
【００１４】
［６］β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなり、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶の［０１０］軸に平行な面を主面とする半導体基板上に、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなるエピタキシャル層をＨＶＰＥ法によるエピタキシャル結晶成長により形成する工程を含む、エピタキシャルウエハの製造方法。
【００１５】
［７］前記エピタキシャル層の成長レートが１．２μｍ／ｈ以上である、前記［６］に記載のエピタキシャルウエハの製造方法。
【００１６】
［８］前記半導体基板の前記主面が、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶の［０１０］軸を回転軸として（１００）面から（１０１）面へ向かう方向に３８°以上９０°以下の範囲内の角度で回転させた面である、前記［６］又は［７］に記載のエピタキシャルウエハの製造方法。
【００１７】
［９］前記角度が、６８±１０°である、前記［８］に記載のエピタキシャルウエハの製造方法。
【００１８】
［１０］前記角度が、３８±１°、５３．８±１°、６８±１°、７６．３±１°、７７．３±１°、８３±１°、又は９０±１°である、前記［８］に記載のエピタキシャルウエハの製造方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＨＶＰＥ法によりβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶からなるエピタキシャル層を高い成長レートで成長させることができるβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶からなる半導体基板、その半導体基板とエピタキシャル層を有するエピタキシャルウエハ、及びそのエピタキシャルウエハの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、第１の実施の形態に係るエピタキシャルウエハの垂直断面図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る気相成長装置の垂直断面図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、評価に用いられたβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の主面の一部を表す斜視図と側面図である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）は、θ＝３８°であるβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶基板のＳＥＭ観察画像である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は、θ＝６８°であるβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶基板のＳＥＭ観察画像である。
【図６】図６（ａ）、（ｂ）は、θ＝９８°であるβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶基板のＳＥＭ観察画像である。
【図７】図７は、評価により得られた、ＨＶＰＥ法によるβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶の成長レートと下地面の面方位との関係を表すグラフである。
【図８】図８は、第２の実施の形態に係る横型トランジスタの垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
〔第１の実施の形態〕
（結晶積層構造体の構成）
図１は、第１の実施の形態に係るエピタキシャルウエハ１０の垂直断面図である。エピタキシャルウエハ１０は、半導体基板１１と、半導体基板１１の主面上にＨＶＰＥ（Halide Vapor Phase Epitaxy）法によるエピタキシャル結晶成長により形成されたエピタキシャル層１２を有する。
【００２２】
半導体基板１１は、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板である。ここで、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶とは、β−Ｇａ２Ｏ３単結晶、又は、Ａｌ、Ｉｎ等の元素が添加されたβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶を母結晶とする結晶をいう。例えば、Ａｌ及びＩｎが添加されたβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶の組成は、β−（ＧａｘＡｌｙＩｎ（１−ｘ−ｙ））２Ｏ３（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）で表される。Ａｌを添加した場合にはβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶のバンドギャップが広がり、Ｉｎを添加した場合にはバンドギャップが狭くなる。また、半導体基板１１は、Ｓｉ等の導電型不純物を含んでもよい。
【００２３】
半導体基板１１は、例えば、ＦＺ（Floating Zone）法やＥＦＧ（Edge Defined Film Fed Growth）法等の融液成長法により育成したＧａ２Ｏ３系単結晶のバルク結晶をスライスし、表面を研磨することにより形成される。
【００２４】
半導体基板１１の主面は、半導体基板１１を構成するβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶の［０１０］軸に平行な面である。これは、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶基板の主面の面方位が（０１０）であるときに、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶層のＨＶＰＥ法によるエピタキシャル成長の成長レートが極端に低くなるという本発明者らの発見に基づいて設定されたものである。
【００２５】
本発明者らは、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶基板の主面の面方位が、このＨＶＰＥ法によるβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶層の成長に適さない（０１０）面に垂直な面、すなわち［０１０］軸に平行な面であるときに、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶層のＨＶＰＥ法によるエピタキシャル成長の成長レートが高くなることを見出した。
【００２６】
好ましくは、半導体基板１１の主面は、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶の［０１０］軸を回転軸として（１００）面から（１０１）面へ向かう方向に３８°以上９０°以下の範囲内の角度で回転させた面である。
【００２７】
より好ましくは、半導体基板１１の主面は、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶の［０１０］軸を回転軸として（１００）面から（１０１）面へ向かう方向に、６８±１０°回転させた面である。ここで、「±」は許容誤差を表し、例えば、６８±１０°は、５８°以上７８°以下の範囲内の任意の角度を表す。
【００２８】
また、半導体基板１１の主面は、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶の［０１０］軸を回転軸として（１００）面から（１０１）面へ向かう方向に３８±１°、５３．８±１°、６８±１°、７６．３±１°、７７．３±１°、８３±１°、又は９０±１°回転させた面であることも好ましい。
【００２９】
エピタキシャル層１２は、半導体基板１１と同様に、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる。また、エピタキシャル層１２は、Ｓｉ等の導電型不純物を含んでもよい。
【００３０】
（気相成長装置の構造）
以下に、本実施の形態に係るエピタキシャル層１２の成長に用いる気相成長装置の構造の一例について説明する。
【００３１】
図２は、実施の形態に係る気相成長装置２の垂直断面図である。気相成長装置２は、ＨＶＰＥ法用の気相成長装置であり、第１のガス導入ポート２１、第２のガス導入ポート２２、第３のガス導入ポート２３、及び排気ポート２４を有する反応チャンバー２０と、反応チャンバー２０の周囲に設置され、反応チャンバー２０内の所定の領域を加熱する第１の加熱手段２６及び第２の加熱手段２７を有する。
【００３２】
ＨＶＰＥ法は、ＰＬＤ法等と比較して、成膜レートが高い。また、膜厚の面内分布の均一性が高く、大口径の膜を成長させることができる。このため、結晶の大量生産に適している。
【００３３】
反応チャンバー２０は、Ｇａ原料が収容された反応容器２５が配置され、ガリウムの原料ガスが生成される原料反応領域Ｒ１と、半導体基板１１が配置され、エピタキシャル層１２の成長が行われる結晶成長領域Ｒ２を有する。反応チャンバー２０は、例えば、石英ガラスからなる。
【００３４】
ここで、反応容器２５は、例えば、石英ガラスであり、反応容器２５に収容されるＧａ原料は金属ガリウムである。
【００３５】
第１の加熱手段２６と第２の加熱手段２７は、反応チャンバー２０の原料反応領域Ｒ１と結晶成長領域Ｒ２をそれぞれ加熱することができる。第１の加熱手段２６及び第２の加熱手段２７は、例えば、抵抗加熱式や輻射加熱式の加熱装置である。
【００３６】
第１のガス導入ポート２１は、Ｃｌ２ガス又はＨＣｌガスであるＣｌ含有ガスを、不活性ガスであるキャリアガス（Ｎ２ガス、Ａｒガス又はＨｅガス）を用いて反応チャンバー２０の原料反応領域Ｒ１内に導入するためのポートである。
【００３７】
第２のガス導入ポート２２は、酸素の原料ガスであるＯ２ガスやＨ２Ｏガス等の酸素含有ガス及びエピタキシャル層１２にＳｉ等のドーパントを添加するための塩化物系ガス（例えば、四塩化ケイ素等）を、不活性ガスであるキャリアガス（Ｎ２ガス、Ａｒガス又はＨｅガス）を用いて反応チャンバー２０の結晶成長領域Ｒ２へ導入するためのポートである。
【００３８】
第３のガス導入ポート２３は、不活性ガスであるキャリアガス（Ｎ２ガス、Ａｒガス又はＨｅガス）を反応チャンバー２０の結晶成長領域Ｒ２へ導入するためのポートである。
【００３９】
（エピタキシャル層の成長）
以下に、本実施の形態に係るエピタキシャル層１２の成長工程の一例について説明する。
【００４０】
まず、第１の加熱手段２６を用いて反応チャンバー２０の原料反応領域Ｒ１を加熱し、原料反応領域Ｒ１の雰囲気温度を所定の温度に保つ。
【００４１】
次に、第１のガス導入ポート２１からＣｌ含有ガスを、キャリアガスを用いて導入し、原料反応領域Ｒ１において、上記の雰囲気温度下で反応容器２５内の金属ガリウムとＣｌ含有ガスを反応させ、塩化ガリウム系ガスを生成する。
【００４２】
このとき、上記の原料反応領域Ｒ１内の雰囲気温度は、反応容器２５内の金属ガリウムとＣｌ含有ガスの反応により生成される塩化ガリウム系ガスのうち、ＧａＣｌガスの分圧が最も高くなるような温度であることが好ましい。ここで、塩化ガリウム系ガスには、ＧａＣｌガス、ＧａＣｌ２ガス、ＧａＣｌ３ガス、（ＧａＣｌ３）２ガス等が含まれる。
【００４３】
ＧａＣｌガスは、塩化ガリウム系ガスに含まれるガスのうち、Ｇａ２Ｏ３結晶の成長駆動力を最も高い温度まで保つことのできるガスである。高純度、高品質のＧａ２Ｏ３結晶を得るためには、高い成長温度での成長が有効であるため、高温において成長駆動力の高いＧａＣｌガスの分圧が高い塩化ガリウム系ガスを生成することが、エピタキシャル層１２の成長のために好ましい。
【００４４】
なお、エピタキシャル層１２を成長させる際の雰囲気に水素が含まれていると、エピタキシャル層１２の表面の平坦性及び結晶成長駆動力が低下するため、水素を含まないＣｌ２ガスをＣｌ含有ガスとして用いることが好ましい。
【００４５】
また、塩化ガリウム系ガスのうちのＧａＣｌガスの分圧比を高くするため、第１の加熱手段２６により原料反応領域Ｒ１の雰囲気温度を３００℃以上に保持した状態で反応容器２５内の金属ガリウムとＣｌ含有ガスを反応させることが好ましい。
【００４６】
また、例えば、８５０℃以上の雰囲気温度下では、ＧａＣｌガスの分圧比が圧倒的に高くなる（ＧａＣｌガスの平衡分圧がＧａＣｌ２ガスより４桁大きく、ＧａＣｌ３ガスより８桁大きい）ため、ＧａＣｌガス以外のガスはＧａ２Ｏ３結晶の成長にほとんど寄与しない。
【００４７】
なお、第１の加熱手段２６の寿命や、石英ガラス等からなる反応チャンバー２０の耐熱性を考慮して、原料反応領域Ｒ１の雰囲気温度を１０００℃以下に保持した状態で反応容器２５内の金属ガリウムとＣｌ含有ガスを反応させることが好ましい。
【００４８】
次に、結晶成長領域Ｒ２において、原料反応領域Ｒ１で生成された塩化ガリウム系ガスと、第２のガス導入ポート２２から導入された酸素含有ガスとを混合させ、その混合ガスに半導体基板１１を曝し、半導体基板１１上にエピタキシャル層１２をエピタキシャル成長させる。このとき、反応チャンバー２０を収容する炉内の結晶成長領域Ｒ２における圧力を、例えば、１ａｔｍに保つ。
【００４９】
ここで、Ｓｉ、Ａｌ等の添加元素を含むエピタキシャル層１２を形成する場合には、ガス導入ポート２２より、添加元素の原料ガス（例えば、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）等の塩化物系ガス）も塩化ガリウム系ガス及び酸素含有ガスに併せて結晶成長領域Ｒ２に導入する。
【００５０】
なお、エピタキシャル層１２を成長させる際の雰囲気に水素が含まれていると、エピタキシャル層１２の表面の平坦性及び結晶成長駆動力が低下するため、酸素含有ガスとして水素を含まないＯ２ガスを用いることが好ましい。
【００５１】
また、ＧａＣｌガスの平衡分圧の低下を抑え、エピタキシャル層１２を効率的に成長させるためには、結晶成長領域Ｒ２におけるＯ２ガスの供給分圧のＧａＣｌガスの供給分圧に対する比が０．５以上である状態でエピタキシャル層１２を成長させることが好ましい。
【００５２】
また、高品質のエピタキシャル層１２を成長させるために、成長温度を９００℃以上にすることが好ましい。
【００５３】
なお、エピタキシャル層１２は、例えば、５×１０１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）以下のＣｌを含む。これは、エピタキシャル層１２がＣｌ含有ガスを用いるＨＶＰＥ法により形成されることに起因する。通常、ＨＶＰＥ法以外の方法によりＧａ２Ｏ３単結晶膜を形成する場合には、Ｃｌ含有ガスを用いないため、Ｇａ２Ｏ３単結晶膜中にＣｌが含まれることはなく、少なくとも、１×１０１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）以上のＣｌが含まれることはない。
【００５４】
（半導体基板の主面の面方位）
以下に、半導体基板１１の主面の面方位と、エピタキシャル層１２の成長レートの関係の評価結果を示す。この評価は、（０１０）面である主面にラインアンドスペースパターンの凹凸が形成されたβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶基板を用いて行った。
【００５５】
図３（ａ）、（ｂ）は、評価に用いられたβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶基板３０の主面の一部を表す斜視図と側面図である。β−Ｇａ２Ｏ３単結晶基板３０の主面の凸部の上面を面３１、凹部の底面を面３２、凸部の側面を面３３、３４とする。
【００５６】
面３１、３２の面方位は（０１０）である。面３３、３４は面３１、３２に垂直な面であり、［０１０］軸を回転軸として（１００）面から（１０１）面へ向かう方向へ角度θだけ回転させた面である。なお、面３４の面方位はθからさらに１８０°回転しており、面３３の面方位と等価である。
【００５７】
ＨＶＰＥ法によりβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶基板３０上にβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶をエピタキシャル成長させ、面３３、３４に垂直な方向のβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶の成長を観察することにより、［０１０］軸に平行な面の面方位とβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶の成長レートとの関係を評価した。
【００５８】
図４（ａ）、（ｂ）は、θ＝３８°であるβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶基板３０のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）観察画像である。図４（ａ）は主面に垂直な方向から観察した画像であり、図４（ｂ）は斜め上方から観察した画像である。
【００５９】
図５（ａ）、（ｂ）は、θ＝６８°であるβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶基板３０のＳＥＭ観察画像である。図５（ａ）は主面に垂直な方向から観察した画像であり、図５（ｂ）は斜め上方から観察した画像である。
【００６０】
図６（ａ）、（ｂ）は、θ＝９８°であるβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶基板３０のＳＥＭ観察画像である。図６（ａ）は主面に垂直な方向から観察した画像であり、図６（ｂ）は斜め上方から観察した画像である。
【００６１】
図４（ｂ）、図５（ｂ）、図６（ｂ）に示される厚さｔは、面３３、３４に垂直な方向へ成長したβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶の厚さを表す。
【００６２】
図７は、評価により得られた、ＨＶＰＥ法によるβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶の成長レートと下地面の面方位との関係を表すグラフである。図７の横軸は面３３の角度θを表し、縦軸は面３３、３４に垂直な方向のβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶の成長レート（厚さｔの単位時間あたりの増加量）を表す。
【００６３】
図７中の点線は（０１０）面、（００１）面、（−１０１）面、（−２０１）面に対応する角度θを表しており、例えば、θ＝５３．８°のときに面３３が（１０１）面に一致しており、面３４は（−１０−１）面に一致することを表している。
【００６４】
図７中のプロットマーク◆は、上記のβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶基板３０を用いた評価方法による測定値である。プロットマーク◇は、β−Ｇａ２Ｏ３単結晶基板３０を用いずに、対応する面方位の平坦な主面を有するβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶基板上にβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶を成長させ、主面に垂直な方向の成長を観察して得た測定値である。
【００６５】
以下の表１に、図７に示される各測定点の数値を表す。
【００６６】
【表１】
2015214448.tif 000003
【００６７】
なお、（０１０）面を主面とするβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶基板上にβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶を同じ成長条件で成長させたところ、主面に垂直な方向のβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶の成長レートは、０．３μｍ／ｈであった。
【００６８】
図７、表１に示されるように、［０１０］軸に平行な面上のβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶の成長レートは、０≦θ≦１８０°の全範囲において、（０１０）面上の成長レートよりも格段に高い。例えば、図７、表１に示される［０１０］軸に平行な面上のβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶の成長レートのうちの、最も低い成長レートである１．２０μｍ／ｈ（θ＝１２６．２）であっても、（０１０）面上の成長レートである０．３μｍ／ｈの４倍である。このことから、β−Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の主面が［０１０］軸に平行な面であるときに、β−Ｇａ２Ｏ３単結晶のＨＶＰＥ法によるエピタキシャル成長の成長レートが高くなるといえる。
【００６９】
また、図７、表１に示されるように、３８°≦θ≦９０°の範囲において、特にβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶の成長レートが高い。
【００７０】
さらに、３８°≦θ≦９０°の範囲においては、角度θが６８°付近に近づくほどβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶の成長レートが高くなる傾向がみられ、６８±１０°の範囲で特に高い成長レートが得られることが推測される。
【００７１】
また、β−Ｇａ２Ｏ３単結晶基板の主面の傾きがおよそ±１°以内であれば、成長レートは大きく変化しないため、実測値から、θ＝３８±１°、５３．８±１°、６８±１°、７６．３±１°、７７．３±１°、８３±１°、又は９０±１°のときにβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶の成長レートが高くなるといえる。
【００７２】
以上の評価は、β−Ｇａ２Ｏ３単結晶基板上にβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶を成長させることにより行われたが、基板の材料及び成長結晶としてβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶の代わりに他のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶を用いて評価を行う場合や、ドーパントを含むβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶を用いて評価を行う場合にも、同様の結果が得られる。
【００７３】
このため、エピタキシャル層１２のＨＶＰＥ法によるエピタキシャル成長の成長レートを高くするためには、エピタキシャルウエハ１０の半導体基板１１の主面が［０１０］軸に平行な面であることが好ましいといえる。
【００７４】
また、半導体基板１１の主面が、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶の［０１０］軸を回転軸として（１００）面から（１０１）面へ向かう方向に３８°以上９０°以下の範囲内の角度で回転させた面であることがより好ましいといえる。
【００７５】
さらに、半導体基板１１の主面が、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶の［０１０］軸を回転軸として（１００）面から（１０１）面へ向かう方向に、６８±１０°回転させた面であることがより好ましいといえる。
【００７６】
また、半導体基板１１の主面は、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶の［０１０］軸を回転軸として（１００）面から（１０１）面へ向かう方向に３８±１°、５３．８±１°、６８±１°、７６．３±１°、７７．３±１°、８３±１°、又は９０±１°回転させた面であることも好ましいといえる。
【００７７】
〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態は、第１の実施の形態に係るエピタキシャルウエハ１０を含む半導体素子についての形態である。この半導体素子の一例として、いかに、ＭＥＳＦＥＴ（Metal Semiconductor Field Effect Transistor）構造を有する横型トランジスタについて説明する。
【００７８】
（半導体素子の構造）
図８は、第２の実施の形態に係る横型トランジスタ４０の垂直断面図である。横型トランジスタ４０は、半導体基板１１上に形成されたエピタキシャル層１２と、エピタキシャル層１２上のゲート電極４１、ソース電極４２、及びドレイン電極４３を含む。ゲート電極４１は、ソース電極４２とドレイン電極４３との間に配置される。
【００７９】
ソース電極４２及びドレイン電極４３は、エピタキシャル層１２の上面（半導体基板１１に接している面の反対側の面）に接触してオーミック接合を形成する。また、ゲート電極４１はエピタキシャル層１２の上面に接触してショットキー接合を形成し、エピタキシャル層１２中のゲート電極４１下に空乏層が形成される。この空乏領域の厚さにより、横型トランジスタ４０は、ノーマリーオフ型のトランジスタ又はノーマリーオン型のトランジスタとして機能する。
【００８０】
半導体基板１１は、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｆｅ等のｐ型ドーパントを含むＧａ２Ｏ３系結晶からなり、高い電気抵抗を有する。
【００８１】
エピタキシャル層１２は、Ｓｉ、Ｓｎ等のｎ型ドーパントを含む。ソース電極４２及びドレイン電極４３との接触部付近におけるｎ型ドーパントの濃度は、他の部分におけるｎ型ドーパントの濃度よりも高い。エピタキシャル層１２の厚さは、例えば、０．１〜１μｍである。
【００８２】
ゲート電極４１、ソース電極４２、及びドレイン電極４３は、例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｂ等の金属、これらの金属のうちの２つ以上を含む合金、ＩＴＯ等の導電性化合物、又は導電性ポリマーからなる。導電性ポリマーとしては、ポリチオフェン誘導体（ＰＥＤＯＴ：ポリ(3,4)-エチレンジオキシチオフェン）にポリスチレンスルホン酸（PSS）をドーピングしたものや、ポリピロール誘導体にＴＣＮＡをドーピングしたもの等が用いられる。また、ゲート電極４１は、異なる２つの金属からなる２層構造、例えばＡｌ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｎｉ、Ａｕ／Ｃｏ、を有してもよい。
【００８３】
横型トランジスタ４０においては、ゲート電極４１に印加するバイアス電圧を制御することにより、エピタキシャル層１２内のゲート電極４１下の空乏層の厚さを変化させ、ドレイン電流を制御することができる。
【００８４】
上記の横型トランジスタ４０は、第１の実施の形態に係るエピタキシャルウエハ１０を含む半導体素子の一例であり、その他にも、エピタキシャルウエハ１０を用いて様々な半導体素子を製造することができる。
【００８５】
例えば、エピタキシャル層１２をチャネル層として用いるＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）やＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）、半導体基板１１とエピタキシャル層１２にオーミック電極とショットキー電極がそれぞれ接続されるショットキーダイオード等を製造することができる。製造する半導体素子の種類によって、半導体基板１１とエピタキシャル層１２に含まれるドーパントの種類や濃度を適宜設定する。
【００８６】
（実施の形態の効果）
上記実施の形態によれば、ＨＶＰＥ法によりβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶からなるエピタキシャル層を高い成長レートで成長させることができるβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶からなる半導体基板を提供することができる。
【００８７】
また、その半導体基板上にエピタキシャル層をエピタキシャル成長させることにより、効率よくエピタキシャルウエハを製造することができる。また、エピタキシャル層を高い成長レートで成長させることにより、半導体基板からの不純物の拡散を抑制することができるため、このエピタキシャルウエハは、高品質のエピタキシャル層を有する。
【００８８】
さらに、そのエピタキシャルウエハを用いることにより、効率よく高品質な半導体素子を製造することができる。
【００８９】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【００９０】
また、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【００９１】
１０…エピタキシャルウエハ、  １１…半導体基板、  １２…エピタキシャル層
【図１】
2015214448.tif 000004
【図２】
2015214448.tif 000005
【図３】
2015214448.tif 000006
【図７】
2015214448.tif 000007
【図８】
2015214448.tif 000008
【図４】
2015214448.tif 000009
【図５】
2015214448.tif 000010
【図６】
2015214448.tif 000011