CN110714190B - Iii族氮化物基板和iii族氮化物结晶的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低电阻且可控制晶格常数的III族氮化物基板。III族氮化物基板具有III族氮化物的基材部，所述III族氮化物的基材部具有表面、背面、和在表面与背面之间的内层，基材部的表面的碳浓度比内层的碳浓度高。III族氮化物结晶的制造方法中，从III族氮化物结晶的生长初期至生长中期，使III族元素氧化物气体与生长后期相比高浓度地生成，并高浓度地供给至育成室，并且将含碳元素气体高浓度地供给至育成室，在III族氮化物结晶的生长后期，使III族元素氧化物气体与生长初期至生长中期相比低浓度地生成，并低浓度地供给至育成室，并且将含碳元素气体低浓度地供给至育成室。

Description

III族氮化物基板和III族氮化物结晶的制造方法
技术领域
本申请涉及III族氮化物基板及其制造方法。
背景技术
GaN等III族氮化物结晶被期待用于高输出LED(发光二极管)·LD(激光二极管)这样的新一代光学器件、EV(电动车)、PHV(插电式混合动力车)等中搭载的高输出功率晶体管等新一代电子器件中。
为了提高使用了III族氮化物结晶的光学、电子器件的性能，理想的是作为母材的基板由GaN等高品质III族氮化物单晶基板构成。为了使基板进一步高品质化，已研究开发了氢化物气相外延(Hydride Vapor Phase Epitaxy，HVPE)法、Na助熔剂法、氨热法等。另外，设计了以III族氧化物为原料的氧化物气相外延(Oxide Vapor Phase Epitaxy，OVPE)法(例如，参考专利文献1。)。该OVPE法中的反应体系如以下所示。将液体Ga加热，在该状态下，将作为反应性气体的H2O气体导入。所导入的H2O气体与Ga反应而生成Ga2O气体(下述式(I))。然后，导入NH3气体，使其与所生成的Ga2O气体反应，从而在种基板上生成GaN结晶(下述式(II))。
2Ga+H2O→Ga2O+H2 (I)
Ga2O+2NH3→2GaN+H2O+2H2 (II)
在各种器件中，为了提高立式功率器件的性能，理想的是使作为母材的III族氮化物基板低电阻化。作为低电阻化的手段，设计了向III族氮化物结晶中掺杂氧(例如，参考专利文献2。)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开WO第2015/053341A1号
专利文献2：日本特许第4562000号
发明内容
发明要解决的课题
然而，在目前的基板制造方法中，在低电阻化时会使作为供体的氧、硅这样的杂质混入，但仅混入杂质就会使III族氮化物结晶的晶格常数变化，在后续工序的基于金属有机化学气相沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)法等的器件层形成时，有在器件层中发生位错缺陷的增长、裂纹的问题。
因此，本发明的目的是提供低电阻且晶格常数受到控制的III族氮化物基板。
用于解决课题的手段
为了达成上述目的，本申请所述的III族氮化物基板具有III族氮化物的基材部，所述III族氮化物的基材部具有表面、背面、和在所述表面与所述背面之间的内层，所述基材部的所述表面的碳浓度比内层的碳浓度高。
另外，本申请所述的III族氮化物结晶的制造方法包括：
使III族元素的氧化物与还原性气体反应、或使所述III族元素的金属与氧化性气体反应，生成III族元素氧化物气体的工序；
将所述III族元素氧化物气体供给至育成室内的工序；
将CH4气体、C2H6气体、C3H8气体、C4H10气体、C2H4气体、C3H6气体、C4H8气体、C2H2气体、C3H4气体中的至少1种含碳元素气体供给至所述育成室内的工序；
将含氮元素气体供给至所述育成室内的工序；和
在所述含碳元素气体的气氛下使所述III族元素氧化物气体与所述含氮元素气体反应，生成III族氮化物结晶的工序，
从所述III族氮化物结晶的生长初期至生长中期，使所述III族元素氧化物气体与生长后期相比高浓度地生成，并高浓度地供给至所述育成室，并且将所述含碳元素气体高浓度地供给至所述育成室，
在所述III族氮化物结晶的生长后期，使所述III族元素氧化物气体与所述生长初期至生长中期相比低浓度地生成，并低浓度地供给至所述育成室，并且将所述含碳元素气体低浓度地供给至所述育成室。
发明效果
根据本发明所述的III族氮化物基板及其制造方法，可兼顾III族氮化物基板的低电阻化和晶格常数控制，并且在后续工序的器件层形成时，能够抑制位错缺陷的增长、发生裂纹。
附图说明
图1是实施方式1所述的III族氮化物基板的一例的示意截面图。
图2是示出实施方式1所述的III族氮化物结晶制造方法的流程图的图。
图3是实施方式1所述的III族氮化物结晶制造装置的示意截面图。
图4是实施方式1所述的III族氮化物结晶的一例的示意截面图。
图5是表示III族氮化物基板的氧浓度与电阻率的曲线图。
图6是表示III族氮化物基板的碳浓度与a轴晶格常数的曲线图。
具体实施方式
第1方案所述的III族氮化物基板具有III族氮化物的基材部，所述III族氮化物的基材部具有表面、背面、和在所述表面与所述背面之间的内层，
所述基材部的所述表面的碳浓度比所述内层的碳浓度高。
对于第2方案所述的III族氮化物基板，在上述第1方案中，所述基材部的表面也可以为用于使III族氮化物结晶在其上生长的面。
对于第3方案所述的III族氮化物基板，在上述第1或第2方案中，所述基材部的所述表面的氧浓度也可以比所述内层的氧浓度低。
对于第4方案所述的III族氮化物基板，在上述第2方案中，所述基材部的所述表面可以为+c面，所述基材部的所述背面可以为-c面。
对于第5方案所述的III族氮化物基板，在上述第1至第4中任一方案中，所述基材部的表面的碳浓度可以为5×1019[原子/cm3]以上，
所述基材部的表面的氧浓度可以为1×1020[原子/cm3]以上。
对于第6方案所述的III族氮化物基板，在上述第5方案中，所述基材部的表面的碳浓度可以为1.5×1020～5×1020[原子/cm3]的范围内，
所述基材部的表面的氧浓度可以为1×1020～1×1021[原子/cm3]的范围内。
对于第7方案所述的III族氮化物基板，在上述第1至第6的任一方案中，所述基材部的氧浓度可以为1×1020～1×1021[原子/cm3]的范围内，
所述基材部的碳浓度可以为1×1017～5×1020[原子/cm3]的范围内。
对于第8方案所述的III族氮化物基板，在上述第1至第7的任一方案中，所述基材部中的碳浓度可以沿着从所述表面向所述背面的厚度方向逐渐变化。
对于第9方案所述的III族氮化物基板，在上述第1至第8的任一方案中，所述基材部中的氧浓度可以沿着从所述表面向所述背面的厚度方向逐渐变化。
第10方案所述的III族氮化物结晶的制造方法包括：
使III族元素的氧化物与还原性气体反应、或使所述III族元素的金属与氧化性气体反应，生成III族元素氧化物气体的工序；
将所述III族元素氧化物气体供给至育成室内的工序；
将CH4气体、C2H6气体、C3H8气体、C4H10气体、C2H4气体、C3H6气体、C4H8气体、C2H2气体、C3H4气体中的至少1种含碳元素气体供给至所述育成室内的工序；
将含氮元素气体供给至所述育成室内的工序；和
在所述含碳元素气体的气氛下使所述III族元素氧化物气体与所述含氮元素气体反应，生成III族氮化物结晶的工序，
从所述III族氮化物结晶的生长初期至生长中期，使所述III族元素氧化物气体与生长后期相比高浓度地生成，并高浓度地供给至所述育成室，并且将所述含碳元素气体高浓度地供给至所述育成室，
在所述III族氮化物结晶的生长后期，使所述III族元素氧化物气体与所述生长初期至生长中期相比低浓度地生成，并低浓度地供给至所述育成室，并且将所述含碳元素气体低浓度地供给至所述育成室。
对于第11方案所述的III族氮化物结晶的制造方法，在上述第10方案中，也可以还包括：
使所述含碳元素气体、与存在于所述育成室内并且除所述III族元素氧化物气体以外的含氧物质反应，生成氧化物气体的工序；和
将所述氧化物气体排出至所述育成室外的工序。
以下，对于实施方式所述的III族氮化物基板及其制造方法，参照附图进行说明。需要说明的是，对于附图中实质上相同的构件标注相同的符号。
(实施方式1)
<特定了表面碳浓度和氧浓度的III族氮化物基板的概要>
图1是实施方式1所述的III族氮化物基板的一例的示意截面图。关于该III族氮化物基板，参照图1的示意截面图进行说明。如图1所示，III族氮化物基板10的特征在于，具有包含III族氮化物的基材部1，该基材部1具有表面2和背面3，该表面2的碳浓度与基材部1的内层相比被控制为高浓度。
由此一来，通过控制表面2的碳浓度，可实现低电阻和晶格常数控制，能够减少与形成于表面2侧的器件层的晶格失配。通过使表面的碳浓度为高浓度，从而能够防止与形成于表面2上的器件层的晶格失配，并且进一步减小III族氮化物基板10的电阻。另一方面，在内层降低碳浓度的原因是因为：可抑制碳作为受体起作用从而引起结晶电导率的降低的情况。
另外，从基材部1的表面2至背面3，与基于通常制法的HVPE法制作的III族氮化物结晶(氧浓度1017原子/cm3以下)相比，可以高浓度地使氧混入。(其中，在将该表面2与基材部1的内层比较的情况下，如上所述地设置浓度差。)
由此，能够使III族氮化物基板10整体的电阻极小。此外，本实施方式所述的III族氮化物基板10的基材部1也可以将表面2设为+c面(例如，基材部1为GaN的情况下，表面2为Ga极性面)，将背面3设为-c面(例如，基材部1为GaN的情况下，背面3为N极性面)。通过将表面2设为+c面，能够在表面2上使更高品质的III族氮化物结晶生长。
<特定了表面碳浓度和氧浓度的III族氮化物结晶的制造方法的概要>
参照图2的流程图对本实施方式1所述的III族氮化物基板的制造方法的概要进行说明。
本实施方式1所述的III族氮化物结晶的制造方法具有：反应性气体生成工序、反应性气体供给工序、III族元素金属供给工序、III族元素氧化物气体生成工序、III族元素氧化物气体供给工序、含氮元素气体供给工序、含碳元素气体供给工序、III族氮化物结晶生成工序。此外，还可以具有残留气体排出工序。
在III族元素氧化物气体生成工序中，使起始III族元素源的III族元素金属与由反应性气体供给工序供给的反应性气体反应，生成III族元素氧化物气体。生成的III族元素氧化物气体被供给至育成室内(III族元素氧化物气体供给工序)。由此，可以将向结晶中混入的氧控制为高浓度。浓度控制的详细情况在后文叙述。
此外，在反应性气体的供给不稳定的情况下，也可以实施反应性气体生成工序(例如，由H2气体与O2气体的反应产生的H2O气体)。在该生成工序中，生成可与起始III族元素源的III族元素的液体金属反应的反应性气体。
此外，为了提高生产率，也可以实施III族元素金属供给工序。在该供给工序中，在设置于原料室内的保持III族元素金属的原料容器内适当供给期望量的追加的III族元素金属。
在含氮元素气体供给工序中，向育成室供给含氮元素气体。
在III族氮化物结晶生成工序中，使在III族元素氧化物气体供给工序中向育成室内供给的III族元素氧化物气体、与在含氮元素气体供给工序中向育成室内供给的含氮元素气体反应，制造III族氮化物结晶。
在含碳元素气体供给工序中，向育成室供给含碳元素气体。由此，能够将向结晶中混入的碳控制为高浓度。浓度控制的详细情况在后文叙述。另外，供给含碳元素气体带来的另外的效果是：使含碳元素气体与供给至育成室内的除III族元素氧化物气体以外的氧化物反应，抑制除III族元素氧化物气体以外的氧化物导致的向III族氮化物结晶中混入氧。由此，能够实现抑制了多晶化等异常生长的高品质的结晶生长。
在残留气体排出工序中，将对于III族氮化物结晶的生成没有贡献的未反应的气体排出至室外。
<特定了表面碳浓度和氧浓度的III族氮化物结晶的制造方法的详细情况>
参照图3的装置截面示意图对本实施方式1所述的III族氮化物结晶的制造方法的详细情况进行说明。
此处，进行起始III族元素源105使用液体Ga的情况的说明。
III族元素氧化物气体生成工序中，首先从反应性气体供给管103供给反应性气体。所供给的反应性气体与作为起始III族元素源105的Ga反应，生成作为III族氧化物气体的Ga2O气体。所生成的Ga2O气体经由III族氧化物气体排出口107从原料反应室101排出至原料室100。所排出的Ga2O气体与从第一输送气体供给口102供给至原料室的第一输送气体混合，被供给至III族氧化物气体和输送气体排出口108。
此处，从Ga2O气体的沸点的观点出发，将第1加热器106的温度设为800℃以上，为了比第2加热器115的温度更低，设为小于1800℃。
起始Ga源被载置于原料容器104内。原料容器104优选为能够使反应性气体与起始Ga源的接触面积增大的形状。
需要说明的是，生成III族氧化物气体的方法大致有将起始Ga源105氧化的方法、和将起始Ga源105还原的方法。
例如，在氧化的方法中，起始Ga源105使用非氧化物(例如液体Ga)，作为反应性气体使用氧化性气体(例如H2O气体、O2气体、CO气体、CO2气体)。需要说明的是，仅在起始Ga源105为液体Ga的情况下，作为反应性气体可以使用还原性气体的H2气体。另外，除起始Ga源105之外，可以采用In源、Al源作为起始III族元素。另一方面，在还原的方法中，起始Ga源105使用氧化物(例如Ga2O3)，作为反应性气体使用还原性气体(例如H2气体、CO气体、CO2气体、CH4气体、C2H6气体、H2S气体、SO2气体)。
此处，作为第一输送气体，可以使用不活泼气体或H2气体。
III族元素氧化物气体供给工序中，将在III族元素氧化物气体生成工序中生成的Ga2O气体经由III族氧化物气体和输送气体排出口108、连接管109、III族氧化物气体和输送气体供给口118供给至育成室111。若连接原料室100与育成室111的连接管109的温度比原料室100的温度更低，则发生生成III族氧化物气体的反应的逆反应，起始Ga源105在连接管109内析出。因此，连接管109利用第3加热器110加热至比第1加热器106更高温，从而不会比原料室100的温度更低。另外，本工序中能够控制氧元素向结晶中的混入。具体而言，在背面侧或内层侧增大氧浓度、在表面侧减小氧浓度的情况下，使从生长初期至生长中期的形成内层时的III族元素氧化物气体向育成室111的供给量增加。另一方面，使生长后期形成表面侧时III族元素氧化物气体向育成室111的供给量降低。进而，在从背面侧向表面侧使氧浓度逐渐变化的情况下，使III族元素氧化物气体向育成室111的供给量以在结晶内不产生晶格失配的方式发生变化。III族氧化物气体的具体的控制方法通过利用质量流量控制器来控制在III族氧化物气体生成工序中供给的反应性气体供给工序的反应性气体供给量而进行。
含氮元素气体供给工序中，将含氮元素气体从含氮元素气体供给口112供给至育成室111。
作为含氮元素气体，可以使用NH3气体、NO气体、NO2气体、N2H2气体、N2H4气体、HCN气体等。
含碳元素气体供给工序中，将含碳元素气体从含碳元素气体供给口113供给至育成室111。通过供给含碳元素气体，能够控制碳元素向结晶中的混入。具体而言，在背面侧或内层侧减小碳元素浓度、在表面侧增大碳元素浓度的情况下，使从生长初期至生长中期的形成内层时的含碳元素气体向育成室111的供给量降低。另一方面，在生长后期在形成表面侧时使含碳元素气体向育成室111的供给量增加。进而，在从背面侧向表面侧使碳元素浓度逐渐变化的情况下，使含碳元素气体向育成室111的供给量以在结晶内不会产生晶格失配的方式发生变化。另外，如图4所示，在厚度方向对碳元素浓度赋予浓淡的情况下，使含碳元素气体向育成室111的供给量以在位于切片后的基板表面和背面的区域不会产生晶格失配的方式发生变化。
作为含碳元素气体，从与Ga源以外的氧化物气体的反应性的观点出发，可以使用CH4气体、C2H6气体、C3H8气体、C4H10气体、C2H4气体、C3H6气体、C4H8气体、C2H2气体、C3H4气体等。对于含碳元素气体的供给浓度，考虑控制向结晶中的碳浓度而将向育成室111中的流入量以0.01atm％以上且30atm％以下的范围供给。
III族氮化物结晶生成工序中，经由各供给工序，将供给至育成室内的原料气体进行合成，进行III族氮化物结晶的制造。
育成室111利用第2加热器115而高温化至III族氧化物气体与含氮元素气体发生反应的温度为止。此时，对于育成室111的温度，为了不发生生成III族氧化物气体的反应的逆反应，以不低于原料室100的温度的方式进行加热。另外，在III族氮化物结晶生长时需要减少杂质(硅、氯、氢、钠、镁、铝、钛、铬、铁、镍、钼、钽等)，并且抑制III族氮化物结晶的分解。此外，出于抑制在原料室100中生成的Ga2O气体及第1输送气体导致的育成室111的温度变动的原因，使第2加热器115与第3加热器110的温度相同。因此，将第2加热器115的温度设为1000℃以上且1800℃以下。
将经由III族元素氧化物气体供给工序而供给至育成室111的III族氧化物气体、与经由含氮元素气体供给工序而供给至育成室111的含氮元素气体在比种基板116更上游处混合，由此能够在种基板116上进行III族氮化物结晶的生长。
此时，为了抑制含氮元素气体因来自于育成室111的热而分解，优选将含氮元素气体供给口112、及育成室111的外壁用绝热材料被覆。
另外，作为问题可举出III族氮化物结晶在育成室111的炉壁、基板基座117上的寄生生长。因此，利用从第2输送气体供给口114供给至育成室111的输送气体，能够控制III族氧化物气体及含氮元素气体的浓度，由此抑制III族氮化物结晶在育成室111的炉壁、基板基座117的寄生生长。
另外，作为种基板116，例如可以使用氮化镓、砷化镓、硅、蓝宝石、碳化硅、氧化锌、氧化镓、ScAlMgO4。
作为第二输送气体，可以使用不活泼气体或H2气体。
对于III族氮化物结晶的生成，优选由一次结晶育成切出多张III族氮化物基板。因此，如图4所示，制作重复包含高浓度碳层21的III族氮化物锭20，然后在高浓度碳层21的区域进行切片，切出多张III族氮化物基板22。也可以不制作锭而在一次生长中制作一张基板。
如上述那样，图4的重复包含高浓度碳层21的III族氮化物锭20例如可以通过循环进行包括低浓度的含碳元素气体的供给、和高浓度的含碳元素气体的供给的含碳元素气体的供给循环而作成。
未反应的III族氧化物气体、含氮元素气体、含碳元素气体和输送气体从排气口119排出。该情况下，也可以使含碳元素气体、与存在于育成室内的除III族元素氧化物气体以外的包含氧的物质发生反应，从而生成氧化物气体。进而，也可以将氧化物气体排出至所述育成室外。
(实施例1)
使用图3所示的生长炉进行III族氮化物结晶的生长。此处，作为III族氮化物结晶而使GaN进行生长。作为起始Ga源，使用Ga2O3粉末，使Ga2O3与作为反应性气体的H2气体反应，并使用Ga2O气体作为Ga源气体。作为N源，使用了NH3气体。另外，作为载气使用了H2气体和N2气体。作为含碳元素气体使用了CH4气体。主要的结晶生长条件为以下条件。需要说明的是，此处的各气体的分压是供给至室内时的各气体的分压。另外，生长全部是在大气压气氛下实施。
[基材部的生长条件]
生长温度：1200℃、原料温度：1100℃、NH3分压：0.04个大气压、H2分压：0.89个大气压、CH4分压：0.01个大气压
[基材部表面的生长条件]
生长温度：1200℃、原料温度：1100℃、NH3分压：0.04个大气压、H2分压：0.84个大气压、CH4分压：0.07个大气压
从基材部的生长条件至基材部表面的生长条件的变化是在使晶格失配度为0.01％以下的范围内逐渐变化。混入至结晶中的碳浓度的变化是通过控制CH4分压而进行，氧浓度的变化是利用对III族氧化物气体生成有贡献的反应性气体H2气体的分压进行控制。
基于各生长条件生长的结晶的各种特性示于以下。利用基材部的厚度为400μm、基材部表面的厚度为40μm的生长结晶进行了各评价。对于评价而言，电特性基于霍尔效应测定进行评价，晶格常数基于X射线衍射(XRD)测定进行估计。此外，进行二次离子质量分析(SIMS)对各碳浓度、氧浓度进行定量化。并且作为参考，还一并记载了利用器件层形成时所用的MOCVD法制作的GaN结晶的晶格常数。
<基材部的评价结果>
电导率：1.2×103Ω-1·cm-1、a轴晶格常数：
Figure BDA0002123833330000111
(31.887nm)、c轴晶格常数：
Figure BDA0002123833330000112
碳浓度：2×1017cm-3、氧浓度：5×1020cm-3
<基材部表面的评价结果>
电导率：2.1×102Ω-1·cm-1、a轴晶格常数：
Figure BDA0002123833330000113
c轴晶格常数：/>
Figure BDA0002123833330000114
碳浓度：5×1020cm-3、氧浓度：3×1020cm-3
<利用MOCVD法生长的GaN结晶的晶格常数评价结果>
a轴晶格常数：
Figure BDA0002123833330000115
c轴晶格常数：/>
Figure BDA0002123833330000116
/>
(比较例1)
不进行所述CH4气体的供给，除此以外，在与实施例1的基材部相同的条件下进行结晶生长。
<比较例的评价结果>
电导率：1.3×103Ω-1·cm-1、a轴晶格常数：
Figure BDA0002123833330000117
c轴晶格常数：/>
Figure BDA0002123833330000118
碳浓度：7×1015cm-3、氧浓度：5×1020cm-3
需要说明的是，比较例中，由于在基材部背面及内层、与基材部表面处的生长条件未发生变化，因此电导率、晶格常数、杂质浓度在基材部与基材部表面为相同的值。
由以上结果可知，使用CH4气体进行生长的基材部表面的晶格常数与作为器件层使用的利用MOCVD法生长的结晶的晶格常数的晶格失配度在a轴为0.009％、在c轴为0.004％。与此相对，未使用CH4而进行生长的比较例的结晶的晶格常数与利用MOCVD法生长的GaN结晶的晶格常数的晶格失配度在a轴为0.047％、在c轴为0.008％。通常而言，为了不使器件层产生位错缺陷、裂纹，需要使晶格失配度为0.01％以下，可以得出结论：由CH4添加带来的效果是充分的。此外，关于氧浓度，从确保结晶性的观点出发，优选为1×1021cm-3以下。另一方面，从提高电导率的观点出发，氧浓度优选为1×1020cm-3以上。
<结晶中碳浓度与a轴晶格常数的关系>
图6示出表示结晶中的碳浓度与a轴晶格常数的关系的一例的实验结果的曲线图。本实验在以下的代表性的生长条件下实施。需要说明的是，本实验中生长的结晶的氧浓度为1×1020cm-3～5×1020cm-3时，评价为高浓度的结晶。
生长温度：1200℃、原料温度：1100℃、NH3分压：0.04atm、H2分压：0.8～0.9atm、CH4分压：0.01～0.06atm
本验证范围中碳浓度最低的结晶(碳浓度：5×1019cm-3)中，a轴晶格常数为
Figure BDA0002123833330000121
氧浓度为1×1020cm-3，碳浓度为1×1020cm-3的结晶中，a轴晶格常数为/>
Figure BDA0002123833330000122
氧浓度为2×1020cm-3，碳浓度为5×1020cm-3的结晶中，a轴晶格常数为/>
Figure BDA0002123833330000123
氧浓度为5×1020cm-3。通常而言，可知：若仅将氧元素高浓度地混入，则结晶中的晶格常数扩大。另一方面，本验证中由于碳浓度与其同时增加，因此有晶格常数降低的倾向。需要说明的是，本验证中，提示了对于氧元素和碳元素而言，碳元素与氧元素相比对晶格常数的灵敏度更高，但可认为本内容有进一步验证的余地。
由本结果可知，考虑与利用MOCVD法、HVPE法等不同的方法制作的器件层、种基板(利用MOCVD法、HVPE法制作的通常的GaN结晶的a轴晶格常数为
Figure BDA0002123833330000124
)的晶格匹配的情况下，基材部表面的碳浓度优选为1.5×1020原子/cm3以上且5×1020原子/cm3以下。另一方面，对于基材部内层侧的碳浓度，从抑制异常生长、不发生多晶化的原因出发，优选为1×1017原子/cm3以上，另外，从抑制在生长过程中产生的凹坑和抑制电导率的降低的原因出发，期望为5×1020原子/cm3以下。此外，对于基材部表面与基材部内层侧的氧浓度，从电导率提高的原因出发，优选为1×1020原子/cm3以上，从确保结晶性的原因出发，优选为1×1021原子/cm3以下。此外，考虑与形成于基材部表面上的器件层的晶格匹配的情况下，基材部表面的氧浓度优选比基材部内层低。已知：通常而言，若仅将氧元素高浓度地混入，则结晶中的晶格常数扩大。/>
<结晶中氧浓度与电导率的关系>
图5示出表示结晶中的氧浓度与电导率的关系的一例的实验结果的曲线图。从电导率提高的观点出发，基材部表面部的氧浓度优选为1×1020原子/cm3以上。另外，同样地从电导率提高的观点出发，基材部的氧浓度也优选为1×1020原子/cm3以上。通过氧浓度为1×1020原子/cm3以上，从而与通常的市售GaN基板(氧浓度1×1017原子·cm-3以下)相比可实现1/10以下的电阻率。另一方面，从确保结晶性的观点出发，氧浓度优选为1×1021原子/cm3以下，此外，与氧浓度相关的表层与内层的浓淡根据所混入的碳元素量而不同，为了控制表面的晶格常数，与基材部内层相比，优选在表层降低氧浓度。
此外，对于基于从基材部至基材表面的碳浓度变化的晶格常数的调整而言，从抑制从基材部内层至基材部表面的位错缺陷的增长和发生裂纹的观点出发，期望的是CH4气体的流量相对于膜厚逐渐变化为高浓度。需要说明的是，“逐渐变化”是指，从降低从基材部内层至基材部表面的晶格常数差的观点出发，优选在膜厚1～10μm的范围变化。也优选在10～50μm的范围变化，还优选在50～100μm的范围变化。
需要说明的是，作为碳浓度及氧浓度的单位，除了[原子/cm3]之外，还有省略原子仅记为[cm-3]的情况，但均为相同的意思。
需要说明的是，本申请中，包括将所述各种实施方式和/或实施例中的任意实施方式和/或实施例进行适当组合而得到的方案，能够实现各实施方式和/或实施例所具有的效果。
产业上的可利用性
如以上所述，根据本发明所述的III族氮化物基板及III族氮化物结晶的制造方法，能够兼顾III族氮化物基板的低电阻化和晶格常数控制。因此，对于形成抑制了位错缺陷的增长、发生裂纹的器件层是有用的。
附图标记说明
1 基材部
2 表面
3 背面
10 III族氮化物基板
20 III族氮化物锭
21 高浓度含碳层
22 多张III族氮化物基板
100 原料室
101 原料反应室
102 第1输送气体供给口
103 反应性气体供给管
104 原料容器
105 起始III族元素源
106 第1加热器
107 III族氧化物气体排出口
108 III族氧化物气体及输送气体排出口
109 连接管
110 第3加热器
111 育成室
112 含氮元素气体供给口
113 含碳元素气体供给口
114 第2输送气体供给口
115 第2加热器
116 种基板
117 基板基座
118 III族氧化物气体及输送气体供给口
119 排气口

Claims (8)

1.一种III族氮化物基板，其具有III族氮化物的基材部，所述III族氮化物的基材部具有表面、背面、和在所述表面与所述背面之间的内层，其中，
所述基材部的所述表面的碳浓度比所述内层的碳浓度高，
所述基材部的表面的碳浓度为5×1019原子/cm3以上，
所述基材部的表面的氧浓度为1×1020原子/cm3以上。
2.根据权利要求1所述的III族氮化物基板，其中，所述基材部的表面为用于使III族氮化物结晶在其上生长的面。
3.根据权利要求1或2所述的III族氮化物基板，其中，所述基材部的所述表面的氧浓度比所述内层的氧浓度低。
4.根据权利要求2所述的III族氮化物基板，其中，所述基材部的所述表面为+c面，所述基材部的所述背面为-c面。
5.根据权利要求1所述的III族氮化物基板，其中，所述基材部的表面的碳浓度为1.5×1020～5×1020原子/cm3的范围内，
所述基材部的表面的氧浓度为1×1020～1×1021原子/cm3的范围内。
6.根据权利要求1所述的III族氮化物基板，其中，所述基材部的内层侧的氧浓度为1×1020～1×1021原子/cm3的范围内，
所述基材部的内层侧的碳浓度为1×1017～5×1020原子/cm3的范围内。
7.根据权利要求1所述的III族氮化物基板，其中，所述基材部中的碳浓度沿着从所述表面向所述背面的厚度方向逐渐变化。
8.根据权利要求1所述的III族氮化物基板，其中，所述基材部中的氧浓度沿着从所述表面向所述背面的厚度方向逐渐变化。
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