本发明涉及带有β型氧化镓膜的基板，具体而言，涉及在si单晶基板或氮化镓单晶基板上设置有β型氧化镓膜的带有β型氧化镓膜的基板。另外，本发明还涉及在单晶基板上设置有β型氧化镓膜的带有β型氧化镓膜的基板的制造方法。
背景技术：
1、氧化镓(ga2o3)具有α型、β型、γ型、δ型、ε型等各种晶体结构。它们中，β型氧化镓(β型ga2o3)在低温常压下为稳定相。已知β型氧化镓的晶系为单斜晶，晶格常数如下：a轴即[100]轴为b轴即[010]轴为c轴即[001]轴为且a轴与c轴之间的角度(β)为103.83°。β型氧化镓的带隙为4.5ev至4.9ev左右，大于4h－sic基板的带隙3.26ev、gan的带隙3.39ev。因此，β型氧化镓被期待作为具备高绝缘击穿强度的半导体材料。
2、例如，专利文献1中公开了如下技术：在真空槽10的内部从第一槽(cell)13a将镓元素供给至β型氧化镓基板2，将包含臭氧的氧气供给至β型氧化镓基板2，由此生长β型氧化镓单晶膜。另外，非专利文献1中公开了如下技术：为了生长β型氧化镓而使用分子束外延(mbe)装置，此时通过rf－等离子体对氧气进行处理。
3、虽然为其他半导体材料，但也开发了在si基板上异质外延生长必要的半导体材料的技术。例如对于gan，非专利文献2中开发了在si(111)基板上通过有机金属化学气相沉积(mocvd)法等方法介由aln的缓冲层而外延生长的技术，并且在工业上也得到了应用。
4、与此相对，在异种基板上生长氧化镓是困难的，例如，在非专利文献3中研究了在si基板和氧化镓之间放入sic缓冲层而在si基板上生长氧化镓，在非专利文献4中研究了在si基板和氧化镓之间放入al2o3缓冲层而在si基板上生长氧化镓。另外，在不放入缓冲层而生长氧化镓的非专利文献5中，形成有氧化镓的非晶层。
5、现有技术文献
6、专利文献
7、专利文献1：日本特开2013－56802号公报
8、非专利文献
9、非专利文献1：rf－plasma－assisted molecular－beam epitaxy ofβ－ga2o3，e.g.villora，et al.，appl.phys.lett.88，031105(2006)
10、非专利文献2：iii－nitride based lighting emitting diodes andapplications；ch.3leds based on heteroepitaxial gan on si substrates，t.egawaand o.oda，springer verlag，p.27－58(2013))
11、非专利文献3：study of the anisotropic elastoplastic properties ofβ－ga2o3 films synthesized on sic/si substrates，a.s.grashchenko et al.，phys.solid state，60，852－857(2018))
12、非专利文献4：β－ga2o3 on si(001)grown by plasma－assisted mbe withγ－al2o3(111)buffer layer：structural characterization，t.hadamek et al.，aipadvances，11，045209(2021))
13、非专利文献5：β－ga2o3 mosfets on the si substrate fabricated by theion－cutting process，y.b.wang et al.，sci.china：phys.，mech.astron.，63，277311(2020)
技术实现思路
1、与此相对，利用专利文献1记载的制造装置制造的氧化镓膜不是异种材料而是形成在氧化镓的基板上。虽然最近已经能够通过efg(edge－defined film－fed growth)法能够以低成本制造大孔径的氧化镓，但是最大孔径仍然只有4英寸。另外，虽说成本比以往低，但是与其他半导体基板相比氧化镓基板相当昂贵。进而，氧化镓膜的生长温度高达700℃以上，生长速度也慢至约0.1μm/h。
2、由于这些原因，只要在氧化镓膜的形成中使用氧化镓基板，就难以制造能够工业化的器件。另外，通过上述方法制造的氧化镓的结晶性较差，氧化镓的平坦性也存在问题。
3、如非专利文献2所示，对于氧化镓以外的其他半导体材料，开发了与异质外延生长相关的技术。另一方面，对于氧化镓，半导体材料的生长技术尚不成熟，没有发现好的生长技术。即，在由异种材料构成的单晶基板上异质外延生长氧化镓的技术正在开发中。
4、例如，在上述非专利文献3、非专利文献4公开的技术中，介由缓冲层来生长氧化镓，还无法不介由缓冲层而在si基板上生长氧化镓。另外，氧化镓膜的生长温度高达600℃以上，生长速度也慢。进而，得到的氧化镓膜不平坦，具有晶畴结构，取向性低。
5、另外，通过上述非专利文献5公开的方法得到的氧化镓膜为非晶层，未得到结晶层。
6、如上所示，在由异种材料构成的单晶基板上异质外延生长氧化镓非常困难，在技术上很困难。
7、因此，本发明的目的在于提供一种在si单晶基板或氮化镓单晶基板上设置有具有取向性的β型氧化镓膜的带有β型氧化镓膜的基板。另外，本发明的目的还在于提供一种得到在单晶基板上设置有具有取向性的β型氧化镓膜的带有β型氧化镓膜的基板的新颖的制造方法。
8、本发明人等对上述问题进行了深入研究，结果发现可以在由非氧化镓的异种材料构成的单晶基板上形成具有取向性的β型氧化镓膜的方法，从而完成了本发明。
9、即，本发明的主旨如下。
10、[1]一种带有β型氧化镓膜的基板，具有si单晶基板和设置于上述si单晶基板上的β型氧化镓膜，上述β型氧化镓膜呈单轴取向。
11、[2]根据上述[1]所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，上述β型氧化镓膜为单晶。
12、[3]根据上述[1]或[2]所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，通过对称x射线衍射观察到归属于(100)面的β型氧化镓的峰。
13、[4]根据上述[1]或[2]所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，在(100)面取向的上述si单晶基板上设置有(100)面取向的上述β型氧化镓膜。
14、[5]根据上述[1]或[2]所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，上述si单晶基板的[001]方向与上述β型氧化镓膜的[0－11]方向一致。
15、[6]根据上述[1]或[2]所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，上述si单晶基板与上述β型氧化镓膜直接接触。
16、[7]根据上述[1]或[2]所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，在上述si单晶基板上介由成核层和表面改性层中的至少一者而设置有上述β型氧化镓膜。
17、[8]根据上述[1]或[2]所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，上述β型氧化镓膜的厚度为0.1μm～50μm。
18、[9]一种带有β型氧化镓膜的基板，具有氮化镓单晶基板和设置于上述氮化镓单晶基板上的β型氧化镓膜，上述β型氧化镓膜呈单轴取向。
19、[10]根据上述[9]所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，上述β型氧化镓膜为单晶。
20、[11]根据上述[9]或[10]所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，通过对称x射线衍射观察到归属于(100)面的β型氧化镓的峰。
21、[12]根据上述[9]或[10]所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，在(0001)面取向的上述氮化镓单晶基板上设置有(100)面取向的上述β型氧化镓膜。
22、[13]根据上述[9]或[10]所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，上述氮化镓单晶基板与上述β型氧化镓膜直接接触。
23、[14]根据上述[9]或[10]所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，在上述氮化镓单晶基板上介由成核层和表面改性层中的至少一者而设置有上述β型氧化镓膜。
24、[15]根据上述[9]或[10]所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，上述β型氧化镓膜的厚度为0.1μm～50μm。
25、[16]一种带有β型氧化镓膜的基板的制造方法，包括如下步骤：在反应室的内部设置单晶基板，将包含氧和臭氧的混合气体等离子体化而使上述臭氧解离成氧构成粒子，供给至减压下的上述反应室，并且将镓元素供给至上述反应室，使β型氧化镓在上述单晶基板上外延生长。
26、[17]根据上述[16]所述的带有β型氧化镓膜的基板的制造方法，其中，上述单晶基板与上述外延生长的β型氧化镓膜之间的晶格常数失配的比例为15％以下。
27、[18]根据上述[16]或[17]所述的带有β型氧化镓膜的基板的制造方法，其中，使用si单晶基板、氮化镓单晶基板或蓝宝石单晶基板作为上述单晶基板。
28、[19]根据上述[16]或[17]所述的带有β型氧化镓膜的基板的制造方法，其中，对上述单晶基板的表面进行氧等离子体处理，然后外延生长上述β型氧化镓。
29、[20]根据上述[16]或[17]所述的带有β型氧化镓膜的基板的制造方法，其中，在600℃以下的成膜温度下进行上述β型氧化镓的外延生长。
30、[21]根据上述[16]或[17]所述的带有β型氧化镓膜的基板的制造方法，其中，使上述混合气体中的上述臭氧相对于上述氧和上述臭氧的合计的浓度为10体积％以上。
31、本发明首次提供在异种材料的单晶基板上进行单轴取向的带有β型氧化镓膜的基板。另外，上述带有β型氧化镓膜的基板不需要由异种材料构成的缓冲层。另外，上述带有β型氧化镓膜的基板不仅具有取向性，还能够使结晶性、膜的平坦性良好。
32、另外，本发明的带有β型氧化镓膜的基板的制造方法不仅可得到具有上述特征的β型氧化镓膜，而且β型氧化镓的异质外延生长的生长速度快，可以采用低的生长温度。因此，还可期待以比以往更低的成本实现工业化。
1.一种带有β型氧化镓膜的基板，具有si单晶基板和设置于所述si单晶基板上的β型氧化镓膜，
2.根据权利要求1所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，所述β型氧化镓膜为单晶。
3.根据权利要求1或2所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，通过对称x射线衍射观察到归属于(100)面的β型氧化镓的峰。
4.根据权利要求1或2所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，在(100)面取向的所述si单晶基板上设置有(100)面取向的所述β型氧化镓膜。
5.根据权利要求1或2所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，所述si单晶基板的[001]方向与所述β型氧化镓膜的[0－11]方向一致。
6.根据权利要求1或2所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，所述si单晶基板与所述β型氧化镓膜直接接触。
7.根据权利要求1或2所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，在所属si单晶基板上介由成核层和表面改性层中的至少一者设置有所述β型氧化镓膜。
8.根据权利要求1或2所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，所述β型氧化镓膜的厚度为0.1μm～50μm。
9.一种带有β型氧化镓膜的基板，具有氮化镓单晶基板和设置于所述氮化镓单晶基板上的β型氧化镓膜，
10.根据权利要求9所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，所述β型氧化镓膜为单晶。
11.根据权利要求9或10所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，通过对称x射线衍射观察到归属于(100)面的β型氧化镓的峰。
12.根据权利要求9或10所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，在(0001)面取向的所述氮化镓单晶基板上设置有(100)面取向的所述β型氧化镓膜。
13.根据权利要求9或10所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，所述氮化镓单晶基板与所述β型氧化镓膜直接接触。
14.根据权利要求9或10所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，在所述氮化镓单晶基板上介由成核层和表面改性层中的至少一者设置有所述β型氧化镓膜。
15.根据权利要求9或10所述的带有β型氧化镓膜的基板，其中，所述β型氧化镓膜的厚度为0.1μm～50μm。
16.一种带有β型氧化镓膜的基板的制造方法，包括如下步骤：
17.根据权利要求16所述的带有β型氧化镓膜的基板的制造方法，其中，所述单晶基板与所述外延生长的β型氧化镓膜之间的晶格常数失配的比例为15％以下。
18.根据权利要求16或17所述的带有β型氧化镓膜的基板的制造方法，其中，使用si单晶基板、氮化镓单晶基板或蓝宝石单晶基板作为所述单晶基板。
19.根据权利要求16或17所述的带有β型氧化镓膜的基板的制造方法，其中，对所述单晶基板的表面进行氧等离子体处理，然后使所述β型氧化镓外延生长。
20.根据权利要求16或17所述的带有β型氧化镓膜的基板的制造方法，其中，在600℃以下的成膜温度下进行所述β型氧化镓的外延生长。
21.根据权利要求16或17所述的带有β型氧化镓膜的基板的制造方法，其中，使所述混合气体中的所述臭氧相对于所述氧和所述臭氧的合计的浓度为10体积％以上。
