KR102372706B1

KR102372706B1 - β-Ga₂O₃계 단결정 기판

Info

Publication number: KR102372706B1
Application number: KR1020150026324A
Authority: KR
Inventors: 기미요시 고시; 신야 와타나베; 마사루 다키자와; 유 야마오카; 다이키 와키모토; 마코토 와타나베
Original assignee: 가부시키가이샤 다무라 세이사쿠쇼
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2022-03-10
Anticipated expiration: 2035-02-25
Also published as: US20150249185A1; EP2924150B1; KR20150102703A; CN104878449A; JP6013383B2; EP2924150A1; CN104878449B; US9349915B2; TW201538811A; JP2015163566A

Abstract

β-Ga₂O₃계 단결정 기판은 β-Ga₂O₃계 단결정을 포함한다. β-Ga₂O₃계 단결정은 75초 미만의 x선 로킹 커브의 반값 전폭을 포함한다.

Description

β-Ga₂O₃계 단결정 기판{β-Ga₂O₃-BASED-SINGLE CRYSTAL SUBSTRATE}

본 발명은 β-Ga₂O₃계 단결정 기판에 관한 것이다.

EFG법에 의해 β-Ga₂O₃계 단결정을 성장시키는 방법이 알려져 있다(예를 들어, 비특허문헌: "에지-형성 필름 공급 성장 방법에 의한 β-Ga₂O₃ 단결정의 성장(Growth of β-Ga₂O₃ Single Crystals by the Edge-Defined Film Fed Growth Method)", Hideo Aida, Kengo Nishiguchi, Hidetoshi Takeda, Natsuko Aota, Kazuhiko Sunakawa, Yoichi Yaguchi, Japanese Journal of Applied Physics, Volume 47, No. 11, pp. 8506-8509 (2008) 참조). 이 비특허 문헌은 β-Ga₂O₃ 단결정이 종정과의 접촉 부분으로부터 저부를 향해 점차 폭을 확장하면서, 즉 폭 방향으로 견부를 확장하면서 성장되고 이에 의해 종정보다 큰 폭을 갖는 평판 형상의 결정을 얻을 수 있는 방법을 개시한다.

또한, 이 비특허 문헌은 성장된 β-Ga₂O₃ 단결정이 x선 로킹 커브(rocking curve)의 반값 전폭(FWHM)이 75초이고, 피트 밀도(pit density)가 9x10⁴cm^-2인 점을 개시한다.

고품질이라고 할 가치가 있는 산화 갈륨 단결정은 아직 생성되지 않았다. 또한, 종래의 기술은 상기 비특허 문헌에 개시된 바와 같이 단지 저품질의 산화 갈륨 단결정을 생성할 수 있고, 더 높은 품질의 산화 갈륨 단결정을 생성하는 임의의 방법이 있는지 여부는 아직도 알려지지 않았다.

본 발명의 목적은 우수한 결정 품질을 갖는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 이하의 [1] 내지 [10]에서 기재된 바와 같은 β-Ga₂O₃계 단결정 기판이 제공된다.

[1] β-Ga₂O₃계 단결정을 포함하는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판이며, β-Ga₂O₃계 단결정은 75초 미만인 x선 로킹 커브의 반값 전폭을 포함한다.

[2] [1]에 따르는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판이며, x선 로킹 커브의 반값 전폭이 β-Ga₂O₃계 단결정의 (-201)면 또는 (001)면에서 휙득된다.

[3] [1] 또는 [2]에 따르는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판이며, β-Ga₂O₃계 단결정은 (-201), (101) 또는 (001)의 면 배향을 갖는 주면을 포함한다.

[4] [1] 내지 [3] 중 어느 하나를 따르는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판이며, 반값 전폭은 35초 이하이다.

[5] β-Ga₂O₃계 단결정 기판이며, 9x10⁴ cm^-2 미만인 평균 전위 밀도를 포함한다.

[6] [5]에 따르는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판이며, 평균 전위 밀도는 7.8x10⁴ cm^-2 이하이다.

[7] [5] 또는 [6]에 따르는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판이며, (-201), (101) 또는 (001)의 면 배향을 갖는 주면을 더 포함한다.

[8] [1] 내지 [7] 중 어느 하나에 따르는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판이며, 기판은 쌍정을 포함하지 않는다.

[9] [1] 내지 [8] 중 어느 하나에 따르는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판이며, 기판은 2인치 이상의 직경을 더 포함한다.

[10] [1] 내지 [7] 중 어느 하나에 따르는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판이며, 어떠한 쌍정면도 포함하지 않는 영역을 더 포함하고, 이 영역은 쌍정면과 주면 사이의 교차선에 수직 방향에서 2 인치 이상의 최대폭을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 우수한 결정 품질을 갖는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판을 제공할 수 있다.

다음으로, 본 발명은 첨부 도면과 함께 더 상세히 설명될 것이다.
도 1a 및 도 1b는 제1 실시예에서 β-Ga₂O₃계 단결정 기판을 도시하는 평면도이다.
도 2a 및 도 2b는 제1 실시예에서 약간의 쌍정을 갖는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판을 도시하는 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 제1 실시예에서 (-201) 배향 주면을 갖는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판 상의 x선 로킹 커브 측정에 의해 얻어진 x선 회절 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 3c는 (-201) 배향 주면을 갖는 종래 β-Ga₂O₃계 단결정 기판 상의 x선 로킹 커브에 의해 얻어진 x선 회절 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 제1 실시예에서 (001) 배향 주면(4)을 갖는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1) 상의 x선 로킹 커브에 의해 얻어진 x선 회절 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 5는 제1 실시예에서 EFG 결정 제조 장치를 도시한 수직 단면도이다.
도 6은 제1 실시예에서 β-Ga₂O₃계 단결정의 성장 중의 상태를 도시한 사시도이다.
도 7은 종정이 이로부터 절단된 β-Ga₂O₃계 단결정의 성장 상태를 도시한 사시도이다.
도 8은 제2 실시예에서 반도체 다층 구조체를 도시한 수직 단면도이다.
도 9는 제3 실시예에서 LED 소자를 도시한 수직 단면도이다.

제1 실시예

β- Ga ₂ O ₃ 계 단결정 기판의 구조

도 1a 및 도 1b는 제1 실시예에서 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)을 도시하는 평면도이다. 도 1a는 쌍정이 없는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)을 도시하고 도 1b는 약간의 쌍정을 갖는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)을 도시한다.

β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)은 β-Ga₂O₃계 단결정으로 형성된다. 여기서 β-Ga₂O₃계 단결정은 β-Ga₂O₃계 단결정, 또는 Mg, Fe, Cu, Ag, Zn, Cd, Al, In, Si, Ge, Sn 또는 Nb 등의 원소가 첨가된 β-Ga₂O₃ 단결정이다.

β-Ga₂O₃계 단결정은 단사정계에 속하는 β-갤리아(gallia) 구조를 갖고 불순물을 함유하지 않는 β-Ga₂O₃ 결정의 전형적인 격자 상수는 a₀=12.23Å, b₀=3.04Å, c₀=5.80Å, α=γ=90° 및 β=103.8°이다.

β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 주면 배향은 특정 배향으로 제한되지 않고, 예컨대 (-201), (101) 또는 (001)이다.

도 1a에 도시된 쌍정을 포함하지 않는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 직경은 2인치 이상이 바람직하다. β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)은 후술하는 신규 방법에 의해 성장되고 쌍정을 함유하지 않거나 거의 함유하지 않는 β-Ga₂O₃계 단결정으로부터 절단된다. 따라서, β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)으로서 쌍정을 함유하지 않는 2인치 이상의 대형 기판을 절단할 수 있다.

β-Ga₂O₃계 단결정은 (100)면에서 높은 벽개성(cleavability)을 갖고, 쌍정면(대칭면)으로서 (100)면을 갖는 쌍정이 결정 성장 도중 형성되기 쉽다.

도 1b에 도시된 약간의 쌍정을 갖는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)은 2인치 이상의 직경을 갖는 것이 바람직하고 폭(Ws)이 2인치 이상이고 쌍정면(3)이 존재하지 않는 영역(2)을 갖는 것이 더 바람직하다. 여기서, 영역(2)의 폭(Ws)은 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 주면과 쌍정면(3)의 교차선에 수직 방향에서 최대 폭이다. 쌍정면(3)을 갖는 영역은 에피택셜 결정 성장을 위한 베이스로서 바람직하지 않기 때문에 영역(2)의 폭(Ws)은 큰 것이 바람직하다.

도 2a 및 도 2b는 약간의 쌍정을 갖는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)을 도시하는 단면도이다. 도 2a 및 도 2b는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 중심을 통과하고 하고 쌍정면(3)에 수직인 단면을 각각 도시한다. 도면의 우측에 도시된 축은 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 베이스 재료인 β-Ga₂O₃계 단결정의 a-, b- 및 c-축의 방향을 나타낸다.

도 2a는 쌍정면(3)이 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 일측에 존재할 때 영역(2)의 예를 도시하고, 도 2b는 쌍정면(3)이 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 양측에 존재할 때 영역(2)의 다른 예를 도시한다. 도 2a 및 도 2b에서, 주면으로서 (-201)면을 갖는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 단면이 예로서 도시된다.

β-Ga ₂ O ₃ 계 단결정 기판의 결정 배향 및 전위 밀도

도 3a 및 도 3b는 (-201) 배향 주면(4)을 갖는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1) 상의 x선 로킹 커브 측정에 의해 얻어진 x선 회절 스펙트럼을 도시한 도면이다. 도 3c는 (-201) 배향 주면을 갖는 종래 β-Ga₂O₃계 단결정 기판에서 x선 로킹 커브 측정에 의해 얻은 x선 회절 스펙트럼을 도시한 도면이다. 종래 β-Ga₂O₃계 단결정 기판은 후술하는 애프터 히터(20) 및 반사판(21)을 갖지 않는 종래의 EFG 결정 제조 장치에 의해 성장된 β-Ga₂O₃계 단결정으로부터 절단된 기판이다.

각각의 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 주면(4)의 중심점 및 종래의 β-Ga₂O₃계 단결정 기판의 중심점에서 측정된 x선 회절 스펙트럼이 도 3a 내지 도 3c에 도시된다.

도 3a 내지 도 3c에서, 횡축은 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1) 또는 종래의 β-Ga₂O₃계 단결정 기판에서 x선의 입사각(ω)(도)를 나타내고 종축은 x선의 회절 강도(임의 단위)를 나타낸다.

도 3a 내지 도 3c에 도시된 회절 피크는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1) 또는 종래의 β-Ga₂O₃계 단결정 기판을 구성하는 β-Ga₂O₃계 단결정의 (-201)면으로부터의 회절에 기인하고, 그 반값 전폭(FWHM)은 각각 14초(arcsecond), 74초 및 200초이다. β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 작은 FWHM은 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)이 (-201)면에 수직인 방향에서 우수한 배향을 갖는 것을 의미한다.

β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 주면(4)이 예컨대 (-201)로 배향되는 경우, (-201)면에 수직인 방향에서 우수한 배향을 갖는 것은 β-Ga₂O₃계 단결정의 주면의 배향이 우수한 것을 나타낸다.

실험의 결과, (-201) 배향 주면을 갖는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 (-201)면으로부터 회절 피크의 FWHM은 약 14초 이상 그리고 100초 이하의 범위 내에 있는 것이 확인되었다. 이 범위에서의 FWHM은 주로, β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)으로 절단될 β-Ga₂O₃계 단결정(후술하는 β-Ga₂O₃계 단결정(32))을 성장시키기 위해 사용되는 종정(후술하는 종정(31))의 결정 품질에 따라 변한다.

여기서 종정(31)의 결정 품질은, 횡축이 종정(31) 상의 측정 위치를 나타내고 종축이 종정(31)의 회전 각도(ω)를 나타내는 그래프에 x선 로킹 커브 피크 위치를 도식화하여 결정된다. 도식화 지점의 세트로 형성된 곡선이 직선에 가까울수록 결정 품질이 높다고 판정된다. x선 로킹 커브 측정에서, 예컨대 종정(31)의 (010)면을 통해 (111)면에서 회절이 측정된다.

특히 높은 결정 품질을 갖는 종정(31)이 사용된 경우, (-201) 배향 주면을 갖는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 (-201)면으로부터의 회절 피크의 FWHM은 약 14초 이상 그리고 35초 이하의 범위 내에 있다.

또한 주면(4)이 (-201)로 배향되지 않는, 예컨대 (-201)면으로부터 소정의 각도(오프셋 각도, 예컨대, ±1°)로 경사지는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1) 상의 x선 커브 측정에서, (-201)면으로부터 회절 피크의 FWHM 범위는 주면(4)이 (-201)로 배향되는 경우와 실질적으로 동일하다.

예컨대, 오프-각도(off-angle)가 없는 기판 및 오프-각도를 갖는 기판이 하나의 단일 결정 잉곳으로부터 절단되는 경우, 슬라이싱 시 단일 결정 잉곳의 주면과 와이어 소(wire saw) 사이에 형성된 각도만 상이하고, 기판을 구성하는 결정의 품질은 동일하며, 따라서, 동일 결정면으로부터의 회절 피크의 FWHM은 동일하다.

도 4a 및 도 4b는 (001) 배향 주면(4)을 갖는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1) 상의 x선 로킹 커브 측정에 의해 얻은 x선 회절 스펙트럼을 도시한 도면이다.

β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1) 각각의 주면(4)의 중심점 상에서 측정된 x선 회절 스펙트럼이 도 4a 및 도 4b에 도시된다.

도 4a 및 도 4b에서, 횡축은 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1) 상의 x선의 입사 각도(ω)(도)를 나타내고, 종축은 회절 강도(임의 단위)를 나타낸다.

도 4a 및 도 4b에 도시된 회절 피크는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)을 구성하는 β-Ga₂O₃계 단결정의 (001)면으로부터 회절에 기인하고, 그 FWHM은 각각 36초 및 87초이다. β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 작은 FWHM은 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)이 (001)면에 수직 방향에서 우수한 배향을 갖는 것을 의미한다.

β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 주면(4)이 예컨대 (001)로 배향되는 경우, (001)면에 수직 방향에서 우수한 배향을 갖는 것은 β-Ga₂O₃계 단결정의 주면의 배향이 우수하다는 것을 나타낸다.

β-Ga₂O₃계 단결정에서, (-201)면 및 (001)면은 <010> 축 방향에 평행하고 유사한 결정 배향을 갖는다. 따라서, (001)면으로부터의 회절 피크의 FWHM 범위는 (-201)면으로부터의 범위와 실질적으로 동일한 것으로 고려된다.

또한, 주면(4)의 배향이 (001)로 배향되지 않는, 예컨대 (001)면으로부터 소정의 각도(오프셋 각도, 예컨대, ±1°)로 경사지는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1) 상의 x선 로킹 커브 측정에서, (001)면으로부터 회절 피크의 FWHM 범위는 주면(4)이 (001)면으로 배향되는 경우와 실질적으로 동일하다.

β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)을 구성하는 β-Ga₂O₃계 단결정의 결정 구조의 혼란(disorder)은 단지 특정 방향에서의 배향의 혼란이 아니다. 따라서, β-Ga₂O₃계 단결정의 임의의 결정면으로부터, 예컨대 (101)면으로부터의 회절 피크의 FWHM 범위는 (-201)면으로부터의 범위와 실질적으로 동일하다.

따라서, (-201) 배향 주면(4)을 갖는 두 개의 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)에서 평균 전위 밀도는 각각 3.9x10⁴cm^-2 및 7.8x10⁴cm^- ²이고, 적은 전위만이 함유된 것이 확인되었다.

한편, (-201) 배향 주면을 갖는 종래의 β-Ga₂O₃계 단결정 기판에서 평균 전위 밀도는 1.1x10⁵cm^- ² 이다. 종래의 β-Ga₂O₃ 단결정 기판은 후술하는 애프터 히터(20) 및 반사판(21)을 갖지 않는 종래의 EFG 결정 제조 장치에 의해 성장된 β-Ga₂O₃ 단결정으로부터 절단된 기판이다.

이러한 평균 전위 밀도는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 주면(4) 상의 또는 종래의 β-Ga₂O₃ 단결정 기판의 주면 상의 에치(etch) 피트 밀도의 평균으로부터 각각 얻는다. β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 주면(4) 상의 에치 피트 밀도와 전위 밀도는 실질적으로 동일한 것으로 확인되었다.

경면 연마 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)이 뜨거운 인산 등을 사용하여 화학적으로 에칭되는 경우, 에칭 속도는 결함을 갖는 부분에서 증가하고 이는 함몰부(에치 피트)가 형성되게 한다. 이러한 에치 피트부의 결함 평가에서, 전위가 에치 피트부와 1대 1로 대응하는 것이 관찰되었다. 이는 에치 피트 밀도로부터 전위 밀도를 추정할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 단위 면적당 에치 피트의 개수는 광학 현미경 하에 기판 상에서 5개의 점(중심점 및 주위에 4개의 점)으로 계수되고 평균 에치 피트 밀도는 계수된 개수를 평균하여 얻는다.

또한, β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 주면(4)의 배향이 (-201) 이외, 예컨대, (101) 또는 (001)인 경우, 평균 전위 밀도는 주면(4)이 (-201)로 배향되는 경우와 실질적으로 동일하다.

β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 x선 로킹 커브의 FWHM 및 평균 전위 밀도는 상술한 비특허 문헌에 개시된 바와 같이 종래 EFG 방법에 의해 성장된 β-Ga₂O₃계 단결정의 값인 75초 및 9x10⁴cm^- ² 보다 작게 감소될 수 있다. 이 결과는 후술되는 신규 방법에 의해 성장된 β-Ga₂O₃계 단결정으로부터 절단된 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)이 종래 EFG 방법에 의해 성장된 β-Ga₂O₃계 단결정으로부터 절단된 β-Ga₂O₃계 단결정 기판보다 우수한 결정 배향 및 적은 전위를 갖는 것을 나타낸다.

β-Ga ₂ O ₃ 계 단결정 기판의 제조 방법

도 5는 제1 실시예에서 EFG(Edge Defined Film Fed Growth) 결정 제조 장치(10)를 도시하는 수직 단면도이다.

EFG 결정 제조 장치(10)는 석영관(18) 내에 배치되고 Ga₂O₃계 용융액(30)을 수용한 도가니(11), 도가니(11) 내에 배치되고 슬릿(12a)을 갖는 다이(12), 개구(12b)를 포함하는 다이(12)의 상부면이 노출되도록 도가니(11)의 개구를 덮는 덮개(13), 종정(31)을 보유 지지하는 종정 홀더(14), 종정 홀더(14)를 수직 이동 가능하게 지지하는 축(15), 도가니(11)를 배치하는 지지 기부(16), 석영관(18)의 내벽을 따라 제공된 단열재(17), 석영관(18) 주위에 제공된 고주파 유도 가열용 고주파 코일(19), 석영관(18) 및 단열재(17)를 지지하는 기부(22), 및 기부(22)에 부착된 다리부(23)를 포함한다.

EFG 결정 제조 장치(10)는 애프터 히터(20) 및 반사판(21)을 더 포함한다. 애프터 히터(20)는 Ir 등으로 형성되고, β-Ga₂O₃계 단결정(32)이 성장되는 도가니(11) 위의 영역을 포위하도록 제공된다. 반사판(21)은 Ir 등으로 형성되고 애프터 히터(20) 상에 덮개와 같이 제공된다.

도가니(11)는 Ga₂O₃계 원료를 용융시켜 얻은 Ga₂O₃계 용융액(30)을 수용한다. 도가니(11)는 Ga₂O₃계 용융액(30)을 수용할 수 있는 Ir 등의 고내열성 재료로 형성된다.

다이(12)는 도가니(11) 내의 Ga₂O₃계 용융액(30)을 모세관 작용에 의해 위로 견인하는 슬릿(12a)을 갖는다. 다이(12)는 도가니(11)와 마찬가지로, Ir 등의 고내열성 재료로 형성된다.

덮개(13)는 도가니(11)로부터 고온의 Ga₂O₃계 용융액(30)이 증발하는 것을 방지하고, 추가로 증발물이 도가니(11) 외측에 위치된 부재에 부착하는 것을 방지한다.

고주파 코일(19)은 석영관(18) 주위에 나선형으로 배열되고 미도시된 전원으로부터 공급된 고주파 전류에 의해 애프터 히터(20) 및 도가니(11)를 유도 가열한다. 도가니 내에 Ga₂O₃계 원료가 용융되어 Ga₂O₃계 용융액(30)이 얻어진다.

단열재(17)는 도가니(11) 주위에 소정의 간극을 두고 제공된다. 단열재(17)는 열을 보유하고 따라서 유도 가열된 도가니(11) 등의 급격한 온도 변화를 억제할 수 있다.

애프터 히터(20)는 유도 가열에 의해 열을 발생하고 반사판(21)은 애프터 히터(20) 및 도가니(11)로부터 방사된 열을 하향 반사한다. 애프터 히터(20)는 핫 존(hot zone)의 반경방향(수평 방향) 온도 구배를 감소시킬 수 있고 반사판(21)은 핫 존의 결정 성장 방향에서의 온도 구배를 감소시킬 수 있는 점이 본원 발명자에 의해 확인되었다.

애프터 히터(20) 및 반사판(21)을 EFG 결정 제조 장치(10)에 제공함으로써 β-Ga₂O₃계 단결정(32)의 x선 로킹 커브의 FWHM 및 평균 전위 밀도를 감소시킬 수 있다. 이에 의해 x선 로킹 커브의 작은 FWHM 및 적은 평균 전위 밀도를 갖는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)이 β-Ga₂O₃계 단결정(32)으로부터 얻을 수 있다.

도 6은 제1 실시예에서 β-Ga₂O₃계 단결정(32)의 성장 중의 상태를 도시하는 사시도이다. 도 6에서 β-Ga₂O₃계 단결정(32) 주위의 부재는 도시 생략된다.

β-Ga₂O₃계 단결정(32)을 성장시키기 위해, 먼저, 도가니(11) 내의 Ga₂O₃계 용융액(30)이 다이(21)의 슬롯(12a)을 통해 다이(12)의 개구(12b)로 위로 견인되고, 이때 종정(31)이 다이(12)의 개구(12b)에 위치된 Ga₂O₃계 용융액(30)과 접촉하게 된다. 이어서, Ga₂O₃계 용융액(30)과 접촉하는 종정(31)이 수직 방향으로 위쪽으로 당겨지고, 이에 따라 β-Ga₂O₃계 단결정(32)을 성장시킨다.

종정(31)은 쌍정면을 갖지 않거나 거의 갖지 않는 β-Ga₂O₃계 단결정이다. 종정(31)은 성장될 β-Ga₂O₃계 단결정(32)과 실질적으로 동일한 폭 및 두께를 갖는다. 따라서, 폭 방향(W) 및 두께 방향(T)으로 견부를 확장하지 않고 β-Ga₂O₃계 단결정(32)을 성장시킬 수 있다.

β-Ga₂O₃계 단결정(32)의 성장은 폭 방향(W)으로 견부를 확장하는 공정을 포함하지 않기 때문에, β-Ga₂O₃계 단결정(32)의 쌍정이 억제된다. 한편, 폭 방향(W)으로 견부를 확장하는 것과 달리, 두께 방향(T)으로 견부를 확장하는 경우 쌍정이 거의 형성되기 어렵고, 따라서 β-Ga₂O₃계 단결정(32)의 성장은 두께 방향(T)으로 견부를 확장하는 공정을 포함할 수 있다. 그러나, 두께 방향(T)으로 견부를 확장하는 공정이 실행되지 않는 경우 실질적으로 전체 β-Ga₂O₃계 단결정(32)이 기판으로 절단될 수 있는 평판 형상의 영역이 되고, 기판 제조 비용이 저감될 수 있다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이 β-Ga₂O₃계 단결정(32)의 충분한 두께를 확보하기 위해 두께 방향(T)으로 견부를 확장하는 공정을 실행하지 않고 두꺼운 종정(31)을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, β-Ga₂O₃계 단결정을 견부를 확장하면서 성장시키는 경우, 견부 확장 각도에 따라 결정 배향의 열화 또는 전위 증가가 발생할 수 있다. 이와 반대로, β-Ga₂O₃계 단결정(32)의 성장은 적어도 견부를 폭 방향(W)으로 확장시키는 공정을 포함하지 않기 때문에, 견부 확장에 의해 발생되는 결정 배향의 열화 또는 전위 증가를 억제할 수 있다.

종정(31)의 수평 방향 대향면(33)의 배향은 β-Ga₂O₃계 단결정(32)의 주면(34)의 배향과 일치한다. 따라서, β-Ga₂O₃계 단결정(32)으로부터 예컨대 (-201) 배향 주면(4)을 갖는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)을 얻기 위해, β-Ga₂O₃계 단결정(32)은 종정(31)의 면(33)이 (-201)로 배향되는 상태로 성장된다.

이어서, β-Ga₂O₃계 단결정(32)과 동일 폭을 갖는 넓은 종정(31)이 사각 프리즘 형상의 좁은 폭 종정을 사용하여 형성되는 방법이 설명될 것이다.

도 7은 종정(31)으로 절단될 β-Ga₂O₃계 단결정(36) 성장 상태를 도시하는 사시도이다.

종정(31)은 쌍정면을 갖지 않거나 거의 갖지 않는 β-Ga₂O₃계 단결정(36) 영역으로부터 절단된다. 따라서, β-Ga₂O₃계 단결정(36)의 폭(폭 방향(W)의 크기)는 종정(31)의 폭보다 크다.

한편, β-Ga₂O₃계 단결정(36)의 두께(두께 방향(T)의 크기)는 종정(31)의 두께보다 작을 수 있다. 이 경우, 종정(31)은 β-Ga₂O₃계 단결정(36)으로부터 직접 절단되지 않는다. 대신, β-Ga₂O₃계 단결정은 먼저 두께 방향(T)으로 견부를 확장시키면서 β-Ga₂O₃계 단결정(36)으로부터 절단된 종정을 성장시키고 이후 종정(31)으로 절단된다.

β-Ga₂O₃계 단결정(36)을 성장시키기 위해, β-Ga₂O₃계 단결정(32)을 성장시키는데 사용되는 EFG 결정 제조 장치(10)와 실질적으로 동일한 구조를 갖는 EFG 결정 제조 장치(100)를 사용할 수 있다. 그러나, β-Ga₂O₃계 단결정(36)의 폭 또는 폭 및 두께가 β-Ga₂O₃계 단결정(32)의 것과 상이하기 때문에, EFG 결정 제조 장치(100)의 다이(112)의 폭, 또는 폭 및 두께는 EFG 결정 제조 장치(10)의 다이(12)의 것과 상이하다. 다이(112)의 개구(112b)의 크기는 다이(12)의 개구(12b)와 동일할 수 있다.

종정(35)은 성장될 β-Ga₂O₃계 단결정(36)보다 작은 폭을 갖는 사각 프리즘 형상의 β-Ga₂O₃계 단결정이다.

β-Ga₂O₃계 단결정(36)으로 성장시키기 위해, 먼저, 도가니(11) 내의 Ga₂O₃계 용융액(30)이 다이(112)의 슬릿을 통해 다이(112)의 개구(112b)로 위로 견인되고, 이후 종정(35)의 수평방향 위치가 폭 방향(W)에서 다이(112)의 중심으로부터 폭 방향(W)으로 오프셋된 상태에서 종정(35)이 다이(112)의 개구(112b)에 존재하는 Ga₂O₃계 용융액(30)과 접촉하게 된다. 이와 관련하여, 더 바람직하게는, 종정(35)의 수평방향 위치가 폭 방향(W)에서 다이(112)의 모서리에 위치된 상태에서 종정(35)이 다이(112)의 상면을 덮는 Ga₂O₃계 용융액(30)과 접촉하게 된다.

이어서, Ga₂O₃계 용융액(30)과 접촉한 종정(35)은 수직방향 위쪽으로 당겨지고 β-Ga₂O₃계 단결정(36)을 성장시킨다.

상술한 바와 같이, β-Ga₂O₃계 단결정은 상술한 바와 같이 (100)면에서 높은 벽개성을 갖고 쌍정면(대칭면)으로서 (100)면을 갖는 쌍정은 결정 성장 도중 견부 확장 공정에서 형성되기 쉽다. 따라서, β-Ga₂O₃계 단결정(32)으로부터 쌍정이 절단되지 않고 결정의 크기가 최대화되도록 (100)면이 β-Ga₂O₃계 단결정(32)의 성장 방향과 평행한 방향으로 β-Ga₂O₃계 단결정(32)을 성장, 예컨대 b-축 방향 또는 c-축 방향으로 성장시키는 것이 바람직하다.

특히, β-Ga₂O₃계 단결정은 b-축 방향으로 성장하기 쉽기 때문에 b-축 방향으로 β-Ga₂O₃계 단결정(32)을 성장시키는 것이 바람직하다.

한편, 성장하는 β-Ga₂O₃계 단결정이 폭 방향으로 견부를 확장하는 공정 도중 쌍정화되는 경우, 쌍정면은 종정에 가까운 영역에서 형성되기 쉽고 종정으로부터 이격된 위치에 형성되기 어렵다.

제1 실시예에서 β-Ga₂O₃계 단결정(36)을 성장시키는 방법은 β-Ga₂O₃계 단결정의 이러한 쌍정 특성을 이용한다. 제1 실시예에서, β-Ga₂O₃계 단결정(36)은 종정(35)의 수평방향 위치가 폭 방향(W)에서 다이(112)의 중심으로부터 폭 방향(W)으로 오프셋된 상태로 성장하기 때문에, 종정(35)의 수평방향 위치가 폭 방향(W)에서 다이(112)의 중심에 위치된 상태로 β-Ga₂O₃계 단결정(36)을 성장시키는 경우에 비해, 종정(35)으로부터 먼 거리의 영역(도 7에 도시된 바와 같이 수평방향으로 확장)이 β-Ga₂O₃계 단결정(36)에 생성된다. 쌍정면은 이러한 영역에 형성되기 어렵고 따라서 넓은 종정(31)을 절단할 수 있다.

종정(35)을 사용하여 β-Ga₂O₃계 단결정(36)을 성장시키기 위해 그리고 β-Ga₂O₃계 단결정(36)을 종정으로 절단하기 위해 일본 특허 출원 제2013-102599에 개시된 기술을 사용할 수 있다.

이어서, 성장된 β-Ga₂O₃계 단결정(32)을 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)으로 절단하는 예시적 방법을 설명할 것이다.

먼저, 예컨대 18mm의 두께를 갖는 β-Ga₂O₃계 단결정(32)이 성장되고, 이후 단결정 성장 중 열 응력을 완화시키고 전기적 특성을 개선하기 위해 어닐링 처리된다. 어닐링은 예컨대 질소 등의 불활성 분위기에서 6 내지 10시간 동안 1400 내지 1600℃의 온도로 유지하면서 실행된다.

이어서, 종정(31) 및 β-Ga₂O₃계 단결정(32)은 다이아몬드 블레이드로 절단되어 분리된다. 먼저, β-Ga₂O₃계 단결정(32)은 개재된 열 용융 왁스를 사용하여 카본 스테이지에 고정된다. 카본 스테이지에 고정된 β-Ga₂O₃계 단결정(32)은 절단기에 세팅되어 분리를 위해 절단된다. 블레이드의 그릿(grit) 번호는 약 #200 내지 #600(JIS B 4131에 의한 규정)이 바람직하고 절단 속도는 단위 분당 약 6 내지 10 mm이 바람직하다. 절단 이후, β-Ga₂O₃계 단결정(32)는 가열에 의해 카본 스테이지로부터 분리된다.

이어서, β-Ga₂O₃계 단결정(32)의 모서리는 초음파 가공 장치 또는 와이어 방전 가공기에 의해 원형으로 형성된다. 배향 편평부가 원형으로 형성된 β-Ga₂O₃계 단결정(32)의 모서리에 형성될 수 있다.

이어서, 다수의 와이어 소에 의해 원형으로 형성된 β-Ga₂O₃계 단결정(32)이 약 1 mm 두께로 슬라이싱되고 이에 따라 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)을 얻는다. 이 공정에서, 원하는 오프셋 각도로 슬라이싱 할 수 있다. 고정 연마 와이어 소를 사용하는 것이 바람직하다. 슬라이싱 속도는 단위 분당 약 0.125 내지 0.3 mm가 바람직하다.

이어서, β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)은 가공 변형을 감소시키고 전기 특성 및 투과성을 개선하기 위해 어닐링 처리된다. 어닐링은 온도 상승 중에는 산소 분위기에서 실행되고 온도 상승 이후 온도를 유지할 때에는 질소 분위기 등의 불활성 분위기에서 실행된다. 여기서 유지되는 온도는 1400 내지 1600℃가 바람직하다.

이어서, β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 모서리는 원하는 각도로 모따기 가공된다(베벨 공정).

이어서, β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)은 다이아몬드 연마 연삭 휠에 의해 원하는 두께로 연삭된다. 연삭 휠의 그릿 번호는 약 #800 내지 #1000(JIS B 4131에 의한 규정)이 바람직하다.

이어서, β-Ga₂O₃계 단결정 기판은 턴테이블 및 다이아몬드 슬러리를 사용하여 원하는 두께로 연마된다. 금속계 또는 유리계 재료로 형성된 턴테이블을 사용하는 것이 바람직하다. 다이아몬드 슬러리의 입도는 약 0.5 μm가 바람직하다.

이어서, β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)은 원자 수준의 평탄도가 얻어질 때까지 연마 천(polishing cloth) 및 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 슬러리를 사용하여 연마된다. 나일론, 실크 섬유 또는 우레탄 등의 연마 천이 바람직하다. 콜로이드성 실리카의 슬러리가 사용되는 것이 바람직하다. CMP 공정 이후 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 주면은 Ra=0.05 내지 1.0 nm의 평균 거칠기를 갖는다.

제2 실시예

제2 실시예는 제1 실시예에서 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)을 포함한 반도체 다층 구조체의 실시예이다.

반도체 다층 구조체의 구성

도 8은 제2 실시예에서 반도체 다층 구조체(40)를 도시하는 수직 단면도이다. 반도체 다층 구조체(40)는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1) 및, 에피택셜 결정 성장에 의해 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 주면(4)에 형성된 질화물 반도체층(42)을 갖는다. 또한, β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)과 질화물 반도체층(42) 사이에 격자 부정합을 감소시키기 위해 도 8에 도시된 바와 같이 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)과 질화물 반도체층(42) 사이에 버퍼층(41)을 제공하는 것이 바람직하다.

β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)은 Si 등의 도전성 불순물을 포함할 수 있다. β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 두께는 예컨대, 400 μm이다. β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)은 제1 실시예에서 설명된 바와 같이, 우수한 결정 배향 및 적은 전위를 갖는다. 따라서, 에피택셜 성장에 의해 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)에 형성된 질화물 반도체층(42)도 우수한 결정 배향 및 적은 전위를 갖는다.

버퍼층(41)은 Al_xGa_yIn_zN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, x+y+z=1) 결정으로 형성된다. β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)에서, 버퍼층(41)은 아이슬랜드 패턴(island pattern) 또는 필름 형태로 형성될 수 있따. 버퍼층(41)은 Si 등의 도전성 불순물을 함유할 수 있다.

또한, Al_xGa_yIn_zN 결정 중에서, 특히, AlN 결정(x=1, y=z=0)이 버퍼층(41)을 형성하는 것이 바람직하다. 버퍼층(41)이 AlN 결정으로 형성될 때, β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)과 질화물 반도체층(42) 사이의 접착이 더욱 개선된다. 버퍼층(41)의 두께는 예컨대 1 내지 5 nm이다.

버퍼층(41)은 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 주면(4)에 예컨대 약 370 내지 500℃의 성장 온도에서 Al_xGa_yIn_zN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, x+y+z=1) 결정을 에피택셜 성장시킴으로써 형성된다.

질화물 반도체층(42)은 Al_xGa_yIn_zN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, x+y+z=1) 결정으로 형성되고, 특히 고품질 결정이 용이하게 획득되는 GaN 결정(y=1, x=z=0)으로 형성되는 것이 바람직하다. 질화물 반도체층(42)의 두께는 예컨대 5 μm이다. 질화물 반도체층(42)은 Si 등의 도전성 불순물을 함유할 수 있다.

질화물 반도체층(42)은 버퍼층(41)을 통해 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1)의 주면(4)에 예컨대 약 1000℃의 성장 온도에서 Al_xGa_yIn_zN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, x+y+z=1) 결정을 에피택셜 성장시킴으로써 형성된다.

제3 실시예

제3 실시예는 제2 실시예에서 반도체 다층 구조(40)를 포함하는 반도체 소자의 실시예이다. LED 소자가 이러한 반도체 소자의 예로서 아래에서 설명될 것이다.

반도체 소자의 구조

도 9는 제3 실시예에서 LED 소자(50)를 도시하는 수직 단면도이다. LED 소자(50)는 β-Ga₂0₃계 단결정 기판(51)과, β-Ga₂0₃계 단결정 기판(51) 상의 버퍼층(52)과, 버퍼층(52) 상의 n형 클래딩층(53)과, n형 클래딩층(53) 상의 발광층(54)와, 발광층(54) 상의 p형 클래딩층(55)과, p형 클래딩층(55) 상의 접촉층(56)과, 접촉층(56) 상의 p측 전극(57) 및 버퍼층(52) 반대측의 β-Ga₂0₃계 단결정 기판(51)의 면상의 n측 전극(58)을 갖는다.

이후, 버퍼층(52), n형 클래딩층(53), 발광층(54), p형 클래딩층(55) 및 접촉층(56)을 포함하는 적층체의 측면은 절연 필름(59)으로 덮인다.

여기서, β-Ga₂0₃계 단결정 기판(51), 버퍼층(52) 및 n형 클래딩층(53)은 제1 실시예의 반도체 다층 구조체(40)를 구성하는 β-Ga₂0₃계 단결정 기판(1), 버퍼층(41) 및 질화물 반도체층(42)을 각각 분할 또는 패터닝하여 형성된다. β-Ga₂0₃계 단결정 기판(51), 버퍼층(52) 및 n형 클래딩층(53)의 두께는 예컨대, 각각 400 μm, 5 nm 및 5 μm이다.

도전성 불순물의 추가는 β-Ga₂0₃계 단결정 기판(51)이 도전성을 갖는 것을 허용하고, 이에 따라 β-Ga₂0₃계 단결정 기판(51)을 사용하여 LED 소자(50)와 같이 전기가 두께 방향으로 전도되는 수직형 반도체 장치를 형성할 수 있다. 또한, β-Ga₂0₃계 단결정 기판(51)은 넓은 범위의 파장에서 광에 투명하다. 따라서, LED 소자(50)와 같은 발광 소자에서, β-Ga₂0₃계 단결정 기판(51)측 상의 광을 추출할 수 있다.

반도체 다층 구조체(40)의 질화물 반도체층(42)에 형성된 n형 클래딩층(53)은 우수한 결정 배향 및 적은 전위를 갖는다. 따라서, 에피택셜 성장에 의해 이러한 n형 클래딩층(53)에 형성된 발광층(54), p형 클래딩층(55) 및 접촉층(56)도 우수한 결정 배향 및 적은 전위를 갖는다. 따라서, LED 소자(50)는 누설 전류 특성, 신뢰성 및 구동 성능 등에서 우수하다.

발광층(54)은 예컨대, 3개 층의 다중 양자 웰 구조 및 그 위의 10 mm 두께의 GaN 결정 필름으로 구성된다. 각각의 다중 양자 웰 구조는 8 nm 두께의 GaN 결정 필름 및 2mm 두께의 InGaN 결정 필름으로 구성된다. 발광층(54)은 예컨대 750℃의 성장 온도에서 n형 클래딩층(53)에 각각의 결정 필름을 에피택셜 성장시켜 형성된다.

p형 클래딩층(55)은 예컨대 5.0x10¹⁹/cm³ 의 Mg 농도를 함유하는 150 mm 두께의 GaN 결정 필름이다. p형 클래딩층(55)은 예컨대 1000℃의 성장 온도에서 발광층(54)에 Mg 함유 GaN 결정을 에피택셜 성장하여 형성된다.

접촉층(56)은 예컨대, 1.5x10²⁰/cm³ 의 Mg 농도를 함유하는 10 mm 두께의 GaN이다. 접촉층(56)은 예컨대 1000℃의 성장 온도에서 p형 클래딩층(55)에 Mg 함유 GaN 결정을 에피택셜 성장시켜 형성된다.

버퍼층(52), n형 클래딩층(53), 발광층(54), p형 클래딩층(55) 및 접촉층(56)을 형성하기 위해, Ga 원료로서 TMG(trimethylgallium) 가스, In 원료로서 TMI(trimethylindium) 가스, Si 원료로서(C₂H₅)₂SiH₂₍diethylsilane) 가스, Mg 원료로서 Cp₂Mg(bis(cyclopentadienyl)magnesium) 가스 및 N 원료로서 NH₃₍ammonia) 가스를 사용할 수 있다.

절연막(59)은 SiO₂ 등의 절연 재료로 형성되고 예컨대 스퍼터링에 의해 형성된다.

p측 전극(57) 및 n측 전극(58)은 접촉층(56) 및 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(51)과 각각 옴 접촉하는 전극이고, 예컨대 기상 증착 장치를 사용하여 형성된다.

버퍼층(52), n형 클래딩층(53), 발광층(54), p형 클래딩층(55), 접촉층(56), p측 전극(57) 및 n측 전극(58)이 웨이퍼 형태로 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(51)(β-Ga₂O₃계 단결정 기판(1))에 형성되고 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(51)이 다이싱에 의해 예컨대 300 μm 사각형 크기의 칩으로 절단되어 LED 소자(50)를 얻는다.

LED 소자(50)는 예컨대 β-Ga₂O₃계 단결정 기판(51)측 상의 광을 추출하도록 구성된 LED 칩이고 Ag 페이스트를 사용하여 CAN 타입의 스템에 장착된다.

발광 소자인 LED 소자(50)가 제2 실시예의 반도체 다층 구조체(40)를 포함하는 반도체 소자의 예로서 설명되었으나, 반도체 소자는 이에 제한되지 않고 레이저 다이오드 등의 다른 발광 소자 또는 트랜지스터 등의 다른 소자일 수 있다. 반도체 다층 구조체(40)를 사용하여 다른 소자를 형성할 때에도, LED 소자(50)와 같은 방식으로 에피택셜 성장에 의해 반도체 다층 구조체(40) 상에 형성된 층이 우수한 결정 배향 및 적은 전위를 갖기 문에 고품질의 소자를 또한 얻을 수 있다.

실시예의 효과

본원 발명자들은 제1 실시예에 개시된 새로운 방법에 의해 처음으로 혁신적인 고품질의 β-Ga₂O₃계 단결정을 성공적으로 성장시켰다. 제1 실시예에서, 신규의 고품질의 β-Ga₂O₃계 단결정을 처리함으로써, 우수한 결정 배향 및 적은 전위를 갖는 고품질 결정을 갖는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판을 얻을 수 있다.

제2 실시예에서, 고품질 결정을 갖는 β-Ga₂O₃계 단결정 기판의 사용으로 그 위에 고품질 필름이 에피택셜 성장될 수 있고, 이에 따라 고품질 결정을 갖는 반도체 다층 구조체를 얻을 수 있다.

제3 실시예에서, 고품질 결정을 갖는 반도체 다층 구조체의 사용으로 그 위에 고품질 필름이 에피택셜 성장될 수 있고, 이에 따라 고품질 결정을 갖는 고성능 반도체 소자를 얻을 수 있다.

본 발명은 실시예에 제한되도록 의도되지 않고 다양한 종류의 변형예가 본 발명의 요지 내에서 실행될 수 있는 점에 유의해야 한다.

또한, 청구항에 따른 본 발명은 본 실시예로 제한되지 않는다. 본 실시예에 개시된 특징의 모든 조합이 본 발명의 과제를 해결하는데 필수적인 것은 아니라는 점에 유의해야 한다.

Claims

β-Ga₂O₃계 단결정을 포함하고,
상기 β-Ga₂O₃계 단결정의 x선 로킹 커브의 반값 전폭(full width at half maximum)이 75초 미만이고,
상기 x선 로킹 커브의 반값 전폭은, 상기 β-Ga₂O₃계 단결정의 (-201)면 또는 (001)면에서의 x선 로킹 커브의 반값 전폭인, β-Ga₂O₃계 단결정 기판.
제1항에 있어서,
주면의 면 배향이 (-201), (101) 또는 (001)인, β-Ga₂O₃계 단결정 기판.
제1항에 있어서,
상기 반값 전폭은 35초 이하인, β-Ga₂O₃계 단결정 기판.
제2항에 있어서,
상기 반값 전폭은 35초 이하인, β-Ga₂O₃계 단결정 기판.
평균 전위 밀도가 9x10⁴ cm^-2 미만이고, 주면의 면 배향이 (-201), (101) 또는 (001)인, β-Ga₂O₃계 단결정 기판.
제5항에 있어서,
상기 평균 전위 밀도가 7.8x10⁴ cm^-2 이하인, β-Ga₂O₃계 단결정 기판.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
쌍정을 포함하지 않는, β-Ga₂O₃계 단결정 기판.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
직경이 2 인치 이상인, β-Ga₂O₃계 단결정 기판.
제7항에 있어서,
직경이 2 인치 이상인, β-Ga₂O₃계 단결정 기판.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
쌍정면과 주면 사이의 교차선에 수직 방향의 최대 폭이 2인치 이상의 쌍정면을 포함하지 않는 영역을 가지는, β-Ga₂O₃계 단결정 기판.