CN109417037A - 氧化物半导体膜及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了具有良好的p‑型半导体特性的新型且有用的氧化物半导体膜，以及制造该氧化物半导体膜的方法。根据本发明，通过使包含周期表第9族金属(铑、铱或钴等)和/或周期表第13族金属(铟、铝或镓等)以及p‑型掺杂剂(镁等)的原料溶液雾化形成喷雾；随后，利用载气将喷雾运载至基材表面附近；之后在氧气气氛下在基材表面附近通过使喷雾发生热反应，在该基材上形成氧化物半导体膜。

Description

氧化物半导体膜及其制造方法
技术领域
本发明涉及用作p-型半导体的氧化物半导体膜。而且，本发明涉及用于制造氧化物半导体膜的方法。本发明还涉及包括氧化物半导体膜的半导体装置。此外，本发明涉及包括氧化物半导体膜的半导体系统。
背景技术
由于下一代开关装置实现了高耐受电压、低损失且耐高温，利用氧化镓(Ga2O3)的具有大带隙导的半导体装置引起了人们的关注并且有望被应用于包括逆变器的电源半导体装置。而且，因为氧化镓具有宽带隙，因而氧化镓有望被应用于发光和接收元件，例如发光二极管(LED)和传感器。根据非专利文献1，上述氧化镓具有这样的带隙，其可以通过与铟或铝单独或组合形成混晶来控制，并且这样的混晶作为InAlGaO-系半导体是非常具有吸引力的材料。此处，InAlGaO-系半导体是指InXAlYGaZO3(0≤X≤2,0≤Y≤2,0≤Z≤2,X+Y+Z＝1.5～2.5)并且能够被视为含有氧化镓的相同材料体系。
近年来，已经对氧化镓系p-型半导体进行了研究。例如，专利文献1描述了利用MgO(p-型掺杂剂源)通过浮区法形成β-Ga2O3系晶体而获得的显示出p-型导电性的基材。而且，专利文献2披露了利用分子束外延(MBE)法通过将p-型掺杂剂离子注入到α-(AlXGa1-X)2O3单晶膜中而形成p-型半导体。然而，非专利文献2披露了不能通过专利文献1和专利文献2中所披露的方法获得p-型半导体(非专利文献2)。事实上，没有任何关于通过利用专利文献1和专利文献2中披露的方法形成p-型半导体获得成功的报道。因此，对可行的p-型氧化物半导体和制造p-型氧化物半导体的方法存在需求。
而且，如在非专利文献3和非专利文献4中所述，例如，已经考虑了利用Rh2O3或ZnRh2O4作为p-型半导体。然而，即使使用有机溶剂，Rh2O3也难以形成单晶，因为Rh2O3的原料浓度往往会被稀释，尤其是在成膜期间，这会导致影响成膜的问题。此外，Rh2O3的电子密度太高。而且，由于低迁移率和窄带隙，ZnRh2O4不足以用于LED装置和电源装置。因此，其也未必令人满意。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：JP2005-340308A
专利文献2：JP2013-58647A
非专利文献
非专利文献1：金子健太郎，"基于氧化镓的刚玉结构合金的制造及物理性能",Dissertation,Kyoto Univ.,2013年3月
非专利文献2：竹本达哉，EE Times,Japan“电源装置氧化镓”热导率，p-型……克服问题并投入实际使用。[online],2016年6月21日收入，来自http://eetimes.jp/ee/ articles/1402/27/news028_2.html
非专利文献3：F.P.KOFFYBERG等,"optical bandgaps and electron affinitiesof semiconducting Rh2O3(I)and Rh2O3(III)",J.Phys.Chem.Solids Vol.53,No.10,pp.1285-1288,1992
非专利文献4：细野秀雄,“氧化物半导体的功能发展”，物理学研究，电子版,Vol.3,No.1,031211(2013年11月和2014年2月合刊)
发明内容
技术问题
本发明主题的目的是提供具有增强的p-型半导体特性的新型且有用的氧化物半导体膜。本发明主题的目的还提供用于制造该氧化物半导体膜的方法。
技术方案
为了实现该目的而进行积极检查，结果本发明的发明人发现了制造p-型氧化物半导体的方法，该方法包括：通过使包含周期表第9族金属和/或周期表第13族金属和p-型掺杂剂的原料溶液雾化产生雾化液滴；利用载气将该雾化液滴运载至基材的表面上；以及在氧气气氛下引发基材的表面附近的雾化液滴发生热反应，以在基材上形成该氧化物半导体膜，能够获得以下氧化物半导体膜：包括含有周期表第9族金属和/或周期表第13族金属的金属氧化物作为主要组分；该氧化物半导体膜中的p-型掺杂剂；该氧化物半导体膜的p-型载流子浓度为1×1015/cm3或更高；并且该氧化物半导体膜空的穴迁移率为1cm2/Vs或更高。此外，所获得的氧化物半导体膜用于利用具有宽带隙的氧化镓(Ga2O3)的半导体装置。他们还发现了如上文所述获得的这种氧化物半导体膜能够解决前述的常规问题。
在研究了上述发现之后，本发明的发明人进行了进一步研究并且完成了本发明。
因此，本发明涉及以下内容。
[1]氧化物半导体膜，包括：作为主要组分的金属氧化物，所述金属氧化物包含周期表第9族金属和/或周期表第13族金属；所述氧化物半导体膜中的p-型掺杂剂；所述氧化物半导体膜的p-型载流子浓度为1×1015/cm3或更高；且所述氧化物半导体膜的空穴迁移率为1cm2/Vs或更高。
[2]上述第[1]项所述的氧化物半导体膜，其中，所述第9族金属包括铑、铱或钴。
[3]上述第[1]项或第[2]项所述的氧化物半导体膜，其中，所述第13族金属包括选自铟、铝和镓中的至少一种金属。
[4]上述第[1]项至第[3]项所述的氧化物半导体膜，其中，所述p-型掺杂剂包括镁。
[5]半导体装置，包括：半导体层，所述半导体层包含第[1]项至第[4]项中任一项所述的氧化物半导体膜；和电极。
[6]上述第[5]项所述的半导体装置，进一步包括：包含p-型半导体层的热电转换元件，所述p-型半导体层包含上述第[1]项至第[4]项中任一项的氧化物半导体。
[7]上述第[5]项或第[6]项所述的半导体装置，进一步包括：n-型半导体层，所述n-型半导体层包含作为主要组分的氧化物半导体，所述氧化物半导体包含周期表第13族金属。
[8]半导体系统，包括：第[5]项至第[7]项中任一项所述的半导体装置。
[9]制造氧化物半导体膜的方法，包括：通过使包含周期表第9族金属和/或周期表第13族金属以及p-型掺杂剂的原料溶液雾化产生雾化液滴；利用载气将所述雾化液滴运载至基材的表面上；以及在氧气气氛下引发所述基材的所述表面附近的所述雾化液滴发生热反应，以在所述基材上形成所述氧化物半导体膜。
[10]上述第[9]项所述的方法，其中，所述第9族金属包括铑、铱或钴。
[11]上述第[9]项或第[10]项的方法，其中，所述第13族金属包括选自铟、铝和镓中的至少一种金属。
[12]上述第[9]项至第[11]项中任一项所述的方法，其中，所述p-型掺杂剂包括镁。
本发明的有益效果
本发明主题的氧化物半导体膜具有充分的导电性和p-型半导体特性。制造氧化物半导体膜的方法能够在工业上有利地生产出上述氧化物半导体膜。
附图说明
图1示出了可以根据本发明主题的一种实施方式使用的喷雾化学气相沉积(CVD)装置的示意图。
图2示出了通过X射线衍射(XRD)测量的实施方式的测量结果。
图3示出了根据本发明主题的肖特基势垒二极管(SBD)的一种实施方式的示意图。
图4示出了根据本发明主题的高电子迁移率晶体管(HEMT)的一种实施方式的示意图。
图5示出了根据本发明主题的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的一种实施方式的示意图。
图6示出了根据本发明主题的结型场效应晶体管(JFET)的一种实施方式的示意图。
图7示出了根据本发明主题的绝缘栅双极晶体管(IGBT)的一种实施方式的示意图。
图8示出了根据本发明主题的发光二极管的一种实施方式的示意图。
图9示出了根据本发明主题的发光二极管的一种实施方式的示意图。
图10示出了根据本发明主题的一种实施方式的电源系统的示意图。
图11示出了根据本发明主题的一种实施方式的系统装置的示意图。
图12示出了根据本发明主题的一种实施方式的电源装置的电源电路的电路图的示意图。
图13示出了通过次级离子质谱分析法(SIMS)测量的一种实施方式的测量结果。
具体实施方式
下文中将详细描述本发明主题的实施方式。
本发明主题的氧化物半导体膜包括含有作为主要组分的金属氧化物的氧化物半导体膜。金属氧化物含有周期表第9族金属和/或周期表第13族金属。而且，该氧化物半导体膜含有p-型掺杂剂并且具有1×1015/cm3或更高的p-型载流子浓度和1cm2/Vs或更高的空穴迁移率。术语“氧化物半导体膜”在本文中不受特定限制，只要该“氧化物半导体膜”为膜形式的氧化物半导体即可。该氧化物半导体膜可以是晶体膜。而且，该氧化物半导体膜可以是非晶膜。若该氧化物半导体膜为晶体膜，该氧化物半导体膜可以是单晶膜。若该氧化物半导体膜为晶体膜，该氧化物半导体膜也可以是多晶膜。根据本发明主题的一种实施方式，氧化物半导体膜优选为混晶。术语“金属氧化物”在本文中意指包括金属元素和氧的材料。术语“主要组分”在本文中意指氧化物半导体含有在p-型氧化物半导体的全部组分中原子比计为50％或更高的金属氧化物。根据本发明主题的一种实施方式，氧化物半导体优选地可以含有在p-型氧化物半导体膜的全部组分中原子比计为70％或更高的金属氧化物。对于本发明主题，氧化物半导体膜更优选地可以含有在p-型氧化物半导体膜的全部组分中原子比计为90％或更高的金属氧化物。氧化物半导体膜可以含有在p-型氧化物半导体膜的全部组分中原子比计为100％的金属氧化物。术语“周期表”在本文中意指由国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)定义的周期表。术语“p-型载流子浓度”在本文中意指通过霍尔效应测量p-型半导体膜中测量的载流子浓度。根据本发明主题的一种实施方式，该p-型载流子浓度优选地可以为1×1017/cm3或更高，并且更优选地可以为1×1018/cm3或更高。术语“空穴迁移率”在本文中意指通过霍尔效应测量测量的空穴迁移率。根据本发明主题的一种实施方式，氧化物半导体膜的空穴迁移率优选地可以为3cm2/Vs或更高。
p-型掺杂剂的实例包括Mg、H、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Ca、Sr、Ba、Ra、Mn、Fe、Co、Ni、Pd、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Hg、Tl、Pb、N和P，以及Mg、H、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Ca、Sr、Ba、Ra、Mn、Fe、Co、Ni、Pd、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Hg、Tl、Pb、N和P中的两种或更多种的组合。根据本发明主题的一种实施方式，p-型掺杂剂优选地可以含有周期表第1族金属和第2族金属，并且进一步优选地含有周期表第2族金属。根据本发明主题的一种实施方式，p-型掺杂剂最优选地含有镁(Mg)。
周期表第9族金属的实例包括铑(Rh)、铱(Ir)、钴(Co)以及铑(Rh)、铱(Ir)和钴(Co)中两种或更多种的组合。根据本发明主题的一种实施方式，周期表第9族金属可以含有铑(Rh)、铱(Ir)或钴(Co)，并且优选含有铑(Rh)。
周期表第13族的金属的实例包括铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铊(Tl)以及铝(Al)、镓(Ga)和铟(In)中两种或更多中的组合。根据本发明主题的一种实施方式，周期表第13族金属可以含有选自铟(In)、铝(Al)和镓(Ga)中的至少一种金属，并且可以优选地含有镓或铝。
优选地，按以下方式获得氧化物半导体膜：在如下所述的(形成雾化液滴)中通过使包括周期表第9族金属和周期表第13族金属以及p-型掺杂剂的原料溶液雾化产生雾化液滴，在如下所述的(运载雾化液滴)中利用载气将该雾化液滴运载到基材的表面上，以及在如下所述的(成膜)中在氧气气氛下在基材的表面附近引发该雾化液滴的热反应以形成氧化物半导体。
(形成雾化液滴)
在形成雾化液滴步骤中，将原料溶液雾化以产生雾化液滴。可通过已知的方法来雾化原料溶液，并且对该方法没有特别的限制，然而，根据本发明主题的一种实施方式，优选地利用超声振动来雾化该原料溶液。利用超声振动获得的雾化液滴具有的初速度为零并且漂浮在空间中。由于漂浮在空间中的雾化液滴可作为气体运载，因而漂浮在空间中的雾化液滴优选地避免了就像在喷射中未被吹出那样由于碰撞能量造成的损失。液滴尺寸不限于特定的尺寸，可以是几mm，然而，雾化液滴的尺寸优选为50μm或更小。雾化液滴的尺寸范围优选为0.1μm至10μm。
(原料溶液)
如果原料溶液含有周期表第9族金属和/或第13族金属以及p-型掺杂剂，则对该原料溶液没有特别限制，因此其可以含有无机材料和/或有机材料。然而，根据本发明主题的一种实施方式，原料溶液可含有配合物或者盐形式的周期表第9族金属和/或第13族金属，并溶解或分散于有机溶剂或水中。配合物的形式的实例包括乙酰丙酮配合物、羰基配合物、氨络合物、氢化物配合物。而且，盐形式的实例包括有机金属盐(例如，金属醋酸盐、金属草酸盐、金属柠檬酸盐等)、金属硫化物盐、金属硝化物盐、金属磷酸盐、金属卤化物盐(例如，金属氯化物盐、金属溴化物盐、金属碘化物盐等)。
对原料溶液的溶剂没有特别限制，因此该溶剂可以是无机溶剂，包括水。该溶剂可以是有机溶剂，包括醇。该溶剂可以是无机溶剂和有机溶剂的混合溶剂。根据本发明主题的一种实施方式，该溶剂优选地可以含有水。而且，根据本发明主题的一种实施方式，溶剂可以是水和酸的混合溶剂。水的实例包括纯净水、超纯水、自来水、井水、矿物水、温泉水、泉水、淡水和海水。酸的实例包括无机酸例如盐酸、硝酸、硫酸或有机酸例如乙酸、丙酸和丁酸。
(基材)
如果基材能够支持氧化物半导体膜，则对基材材料没有特别限制。如果不影响本发明主题的目的，则对用于该基材的材料也没有特别限制，并且该基材可以是已知材料的基材。而且，该基材可以含有有机化合物和/或无机化合物。而且，基材可以是任意形状并且可以适用于所有形状。基材形状的实例包括板形、扁平形、盘形、纤维形、棒形、圆柱形、棱柱形、管形、螺旋形和环形。根据本发明主题的一种实施方式，基材优选地可以是基板。而且，根据本发明主题的一种实施方式，对于基板的厚度没有特别限制。
根据本发明主题的一种实施方式，对基板没有特别限制，并且基板可以是电绝缘基板、半导体基板或导电基板。基板的实例包括含有作为主要组分的刚玉结构的基板材料的基材基板。术语“主要组分”在本文中意指，例如，基板材料中的所有元素中有特定晶体结构的基板材料的原子比可以是50％或更高。根据本发明主题的一种实施方式，基板材料中的所有元素中有特定晶体结构的基板材料的原子比可以优选地为70％或更高。对于本发明主题，基板材料中的所有元素中有特定晶体结构的基板材料的原子比可以进一步优选地为90％或更高，并且可以为100％。
此外，如果不影响本发明主题的目的，对基板的材料没有特别限制，并且该材料可以是已知的材料。具有刚玉结构的基板的优选实例包括蓝宝石基板(优选地，c-平面蓝宝石基板)，或α-Ga2O3基板。
(运载雾化液滴)
在运载雾化液滴的步骤中，通过载气将雾化液滴递送至基材。如果不影响本发明主题的目的，对载气没有特别限制，并且因此载气可以是氧气、臭氧、惰性气体例如氮气和氩气。载气也可以是还原性气体例如氢气和/或合成气体。根据本发明主题的一种实施方式，优选地使用氧气作为载气。而且，载气可以含有一种或两种或更多种气体。而且，可以进一步以降低流速使用稀释载气(例如，10-倍稀释载气)等作为第二载气。可以从一个位置或多个位置供应载气。尽管对载气的流速没有特别限制，但载气流速的范围可以是0.01至20L/min。根据本发明主题的一种实施方式，优选地载气的流速的范围可以是1至10L/min。当使用稀释载气时，稀释载气的流速范围可以是0.001至2L/min。此外，根据本发明主题的一种实施方式，当使用稀释载气时，优选地稀释载气的流速范围可以是0.1至1L/min。
(成膜)
在成膜步骤中，通过临近基材表面的雾化液滴的热反应在基材的至少一部分上形成氧化物半导体。如果该雾化液滴反应在加热下进行，则对该热反应没有特别限制，并且如果不损害本发明的目的，则对反应条件没有特别限制。在成膜中，在蒸发温度或原料溶液的溶剂的蒸发温度的较高温度下进行热反应。在热反应期间，温度不应过高。例如，热反应期间的温度可以是750℃或更低。热反应期间的温度可以优选地为400℃至750℃。该热反应可以在真空、无氧气氛、还原性气体气氛和氧气气氛的任意气氛中进行。而且，该热反应可以在大气压力、在增压以及在减压的任意条件下进行。根据本发明主题的一种实施方式，该热反应优选在氧气气氛中进行。而且，根据本发明主题的一种实施方式，优选地热反应在大气压力下进行。进一步优选地，该热反应在氧气气氛中并且在大气压力下进行。而且，能够通过调节膜形成时间来设定氧化物半导体的膜厚度。根据本发明主题的一种实施方式，该氧化物半导体的膜厚度优选地可以为1μm或更大。
根据本发明主题的一种实施方式，该氧化物半导体膜可以是直接在基材上提供或者可以是经由不同于基材上的氧化物半导体的半导体层、绝缘层(包括半绝缘层)或缓冲层的另一层提供，例如半导体层(例如n-型半导体层、n+-型半导体层、n--型半导体层)。半导体层和绝缘层的实例可包括半导体层(包括周期表第9族和/或第13族金属)和绝缘层(包括周期表第9族和/或第13族金属)。缓冲层的优选实例包括具有刚玉结构的半导体层、具有刚玉结构的绝缘层和具有刚玉结构的导电层。半导体层的实例包括α-Fe2O3、α-Ga2O3或α-Al2O3。对形成缓冲层的方法没有特别限制，并且其可以通过利用类似于如上文所述形成氧化物半导体的方法来形成。
通过上述方法获得的氧化物半导体层能够作为p-型半导体层被用于半导体装置。该氧化物半导体膜特别用于电源装置。半导体装置可分为横向型装置和垂直型装置。在横向型装置中，可以在半导体层的一侧上形成第一电极和第二电极。在垂直型装置中，可以在半导体层的第一侧上形成第一电极，并且在半导体层的第二侧上形成第二电极。该第一侧可以与半导体层的第二侧相对放置。根据本发明主题的一种实施方式，氧化物半导体膜可以用于横向型装置，也可以用于垂直型装置。根据本发明主题的一种实施方式，氧化物半导体优选地可以用于垂直型装置。半导体装置的实例包括肖特基势垒二极管(SBD)、金属半导体场效应晶体管(MESFET)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、静电感应晶体管(SIT)、结型场效应晶体管(JFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)和发光二极管。
图3至图9示出了利用本发明主题的氧化物半导体膜作为p-型半导体层的实例。根据本发明主题的一种实施方式，n-型半导体可以是含有与氧化物半导体膜的主要组分相同的主要组分和n-型掺杂剂的半导体。该n-型半导体可以是含有不同于氧化物半导体膜的主要组分的不同主要组分的n-型半导体。
图3示出了根据本发明主题的肖特基势垒二极管(SBD)的一种实施方式的示意图，其包括n--型半导体层101a、n+-型半导体层101b、p-型半导体层102、金属层103、绝缘层104、肖特基电极105a和欧姆电极105b。该金属层103由金属(例如铝)组成并且覆盖该肖特基电极105a。图4示出了根据本发明主题的高电子迁移率晶体管(HEMT)的一种实施方式的示意图，其包括具有宽带隙121a的n-型半导体层、具有窄带隙121b的n-型半导体层、n+-型半导体层121c、p-型半导体层123、栅极125a、源极125b、漏极125c和基板129。
图5示出了根据本发明主题的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的一种实施方式的示意图。该MOSFET包括n--型半导体层131a、第一n+-型半导体层131b、第二n+-型半导体层131c、p-型半导体层132、p+-型半导体层132a、栅极绝缘层134、栅极135a、源极135b和漏极135c。图6示出了根据本发明主题的结型场效应晶体管(JFET)的一种实施方式的示意图，其包括n--型半导体层141a、第一n+-型半导体层141b、第二n+-型半导体层141c、p-型半导体层142、栅极145a、源极145b和漏极145c。图7示出了根据本发明主题的绝缘栅双极晶体管(IGBT)的一种实施方式的示意图，其包括n-型半导体层151、n--型半导体层151a、n+-型半导体层151b、p-型半导体层152、栅极绝缘层154、栅极155a、发射极155b和集电极155c。
图8示出了根据本发明主题的发光二极管(LED)的一种实施方式的示意图。图8中示出的LED包括第二电极165b上的n-型半导体层161，并且发光层163位于该n-型半导体层161上。p-型半导体层162也位于发光层163上。透光电极167透过发光层163中产生的光，其被设置在p-型半导体层162上。第一电极位于透光电极167上。用于发光层的发光材料可以是已知材料。除电极部分之外，图8中所示的发光装置可以被保护层覆盖。
透光电极材料的实例可以包括含有铟或钛的氧化物导电材料。关于透光电极的材料，具体而言，该材料可以是In2O3、ZnO、SnO2、Ga2O3、TiO2、其混晶。该材料可以含有掺杂剂。通过利用已知方法(例如溅射)提供这些材料会形成透光电极。而且，可以在形成透光电极之后进行退火，以使得电极更加透明。
根据图8的发光二极管，发光层163被构造为通过以第一电极165a作为正极，第二电极165b作为负极，向p-型半导体层162、发光层163和n-型半导体层161施加电流而发光。
第一电极165a和第二电极165b的材料的实例可包括Al、Mo、Co、Zr、Sn、Nb、Fe、Cr、Ta、Ti、Au、Pt、V、Mn、Ni、Cu、Hf、W、Ir、Zn、Pd、Nd、Ag和/或它们的合金；金属氧化物导电膜例如氧化锡、氧化锌、氧化铟、氧化铟锡(ITO)、和氧化铟锌(IZO)；有机导电化合物例如聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯；以及这些材料的混合物。对第一和第二电极的形成方法没有特别限制。第一和第二电极的形成方法的实例包括湿法例如印刷法、喷雾法、涂覆法，物理方法例如真空沉积法、溅射法、离子镀法，化学方法例如CVD法、等离子体CVD法。考虑到第一电极和第二电极的材料的适用性，该形成方法可以选自上文所述的方法。
图9示出了根据本发明主题的发光二极管(LED)的另一种实施方式的示意图。在图9的LED中，n-型半导体层161被布置在基板169上，并且第二电极165b被布置在n-型半导体层161的暴露表面的一部分上，其中该暴露表面通过裁切一部分p-型半导体层162、发光层163和n-型半导体层161形成。
另外，根据本发明主题的一种实施方式，该半导体装置可以用于包括电源的半导体系统中。可以利用已知方法通过将半导体装置电连接至布线图来获得该电源。图10示出了根据本发明主题的一种实施方式的电源系统的示意图。图10的半导体系统包括两种或更多种电源装置(电源)和控制电路。该电源系统可以用于与电路组合的系统装置，如在图11中所示的。图12示出了电源装置的电源电路的电路图的示意图，其包括电源电路和控制电路。通过待转化为AC的逆变器192(构造为MOSFET A至D)以高频来转换DC电压，之后通过变压器193来绝缘和转换。通过整流MOSFET 194来整流电压并且通过DCL 195(平滑线圈L1和L2)和电容器来平滑电压以输出直流电压。这样，通过电压比较器将输出电压与基准电压进行比较以通过PWM控制电路来控制逆变器和整流MOSFET，从而具有期望的输出电压。
实施例
1、成膜装置
对于成膜装置，参照图1以下描述了根据本发明主题的方法的一种实施方式的喷雾CVD装置1。喷雾CVD装置1包括载气源2a；第一流量控制阀3a，其被构造为控制从载气源2a输出的载气流；稀释载气源2b；第二流量控制阀3a，其被构造为控制从稀释载气源2b输出的稀释载气流；含有原料溶液4a的雾化液滴的发生器4；含有水5a的容器；附接至容器5底部的超声换能器6；成膜室7；供给管9，其将雾化液滴的发生器4连接至成膜室7；设置于成膜室7中的热板8；以及排气口11，其被构造为在热反应之后排出雾化液滴、液滴和气体。而且，可将基板10放置于热板8上。
2、原料溶液的制备
将乙酰丙酮铝(1.6g)、乙酰丙酮铑(0.06g)、乙酰丙酮镁(0.5g)和盐酸(6mL)与水(520mL)混合以制备原料溶液。
3、成膜制备
在2中获得原料溶液4a。原料溶液的制备包含在雾化液滴的发生器4中。然后，将c-平面蓝宝石基板作为基板10放置在热板8上，并且激活热板8以使成膜室7中的温度升高至550℃。打开该第一流量控制阀3a和第二流量控制阀3b以从载气源2a和稀释载气源2b(为载气的来源)将载气供应至成膜室7中，以用载气替换成膜室7中的空气。以2.0L/min调控来自载气源2a的载气的流速，并且以0.5L/min调控来自稀释载气源2b的稀释载气。在本实施方式中，使用氧气作为载气。
4、膜(氧化物半导体膜)的形成
使超声换能器6以2.4MHz震动，并且通过水5a将震动传导至原料溶液4a以以使原料溶液24a雾化从而形成雾化液滴4b。通过具有载气的供给管9输送雾化液滴4b，并将其引入至成膜室7中。在大气压力下在550℃使该雾化液滴发生热反应，以在基板10上形成膜。膜形成时间为12小时。
利用次级离子质谱分析法(SIMS)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)装置，在4中获得膜相。上文中所述的膜的形成被鉴定为AlRhO膜。图2示出了XRD的结果，并且图13示出了SIMS的结果。而且，测量了AlRhO膜的霍尔效应并显示出具有p-型的载流子类型，并且载流子浓度为7.79×1018(/cm3)，空穴迁移率为3(cm2/Vs)。
工业实用性
根据本发明主题的氧化物半导体可用作p-型半导体并应用于半导体装置(例如，化合物半导体装置)以及电子部件和电子装置、光学和电子摄影相关的装置以及工业零件。由于根据本发明主题的氧化物半导体膜具有增强的p-型半导体特性，因此该氧化物半导体膜尤其可以应用于半导体装置。
标号说明
1 喷雾CVD装置
2a 载气源
2b 稀释载气源
3a 流量调节阀
3b 流量调节阀
4 雾化液滴发生器
4a 原料溶液
4b 雾化液滴
5 容器
5a 水
6 超声换能器
7 成膜室
8 热板
9 供给管
10 基板
11 排气口
101a n--型半导体层
101b n+-型半导体层
103 金属层
104 绝缘层
105a 肖特基电极
105b 欧姆电极
121a 具有宽带隙的n-型半导体层
121b 具有窄带隙的n-型半导体层
121c n+-型半导体层
123 p-型半导体层
125a 栅极
125b 源极
125c 漏极
128 缓冲层
129 基板
131a n--型半导体层
131b 第一n+-型半导体层
131c 第二n+-型半导体层
132 p-型半导体层
134 栅极绝缘膜
135a 栅极
135b 源极
135c 漏极
138 缓冲层
139 半绝缘层
141a n--型半导体层
141b 第一n+-型半导体层
141c 第二n+-型半导体层
142 p-型半导体层
145a 栅极
145b 源极
145c 漏极
151 n-型半导体层
151a n--型半导体层
151b n+-型半导体层
152 p-型半导体层
154 栅极绝缘层
155a 栅极
155b 发射极
155c 集电极
161 n-型半导体层
162 p-型半导体层
163 发光层
165a 第一电极
165b 第二电极
167 透光电极
169 基板

Claims (12)

1.氧化物半导体膜，包括：
作为主要组分的金属氧化物，所述金属氧化物包含周期表第9族金属和/或周期表第13族金属；
所述氧化物半导体膜中的p-型掺杂剂；
所述氧化物半导体膜的p-型载流子浓度为1×1015/cm3或更高；且所述氧化物半导体膜的空穴迁移率为1cm2/Vs或更高。
2.权利要求1所述的氧化物半导体膜，
其中，所述第9族金属包括铑、铱或钴。
3.权利要求1或权利要求2所述的氧化物半导体膜，
其中，所述第13族金属包含选自铟、铝和镓中的至少一种金属。
4.权利要求1至3中任一项所述的氧化物半导体膜，
其中，所述p-型掺杂剂包括镁。
5.半导体装置，包括：
半导体层，所述半导体层包含权利要求1至4中任一项所述的氧化物半导体膜；和
电极。
6.权利要求5所述的半导体装置，进一步包括：
包含p-型半导体层的热电转换元件，所述p-型半导体层包含权利要求1至4中任一项所述的氧化物半导体膜。
7.权利要求5或权利要求6所述的半导体装置，进一步包含：
n-型半导体层，所述n-型半导体层包含作为主要组分的氧化物半导体，所述氧化物半导体包含周期表第13族金属。
8.半导体系统，包含：
权利要求5至7中任一项所述的半导体装置。
9.制造氧化物半导体膜的方法，包括：
通过使包含周期表第9族金属和/或周期表第13族金属以及p-型掺杂剂的原料溶液雾化产生雾化液滴；
利用载气将所述雾化液滴运载至基材的表面；以及
在氧气气氛下引发所述基材的所述表面附近的所述雾化液滴发生热反应，以在所述基材上形成所述氧化物半导体膜。
10.权利要求9所述的方法，
其中，所述第9族金属包括铑、铱或钴。
11.权利要求9或权利要求10所述的方法，
其中，所述第13族金属包括选自铟、铝和镓中的至少一种金属。
12.权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，所述p-型掺杂剂包括镁。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113508470A (zh) * 2019-03-13 2021-10-15 三菱电机株式会社 半导体装置
CN114518389A (zh) * 2022-04-21 2022-05-20 北京中科海芯科技有限公司 一种气体传感器、制作方法及气体检测方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW202018819A (zh) * 2018-07-12 2020-05-16 日商Ｆｌｏｓｆｉａ股份有限公司 半導體裝置和半導體系統
TW202013716A (zh) * 2018-07-12 2020-04-01 日商Ｆｌｏｓｆｉａ股份有限公司 半導體裝置和半導體系統
US11495695B2 (en) * 2018-07-12 2022-11-08 Flosfia Inc. Semiconductor device
JP7404594B2 (ja) * 2018-07-12 2023-12-26 株式会社Flosfia 半導体装置および半導体装置を含む半導体システム
TW202006945A (zh) * 2018-07-12 2020-02-01 日商Ｆｌｏｓｆｉａ股份有限公司 半導體裝置和半導體系統
CN110055591B (zh) * 2019-05-17 2020-11-20 中国科学院物理研究所 二维三元原子晶体的制备方法
JP7478334B2 (ja) * 2020-01-10 2024-05-07 株式会社Flosfia 半導体素子および半導体装置
JP7247945B2 (ja) * 2020-04-24 2023-03-29 トヨタ自動車株式会社 酸化ガリウム系半導体及びその製造方法
JP2022102689A (ja) * 2020-12-25 2022-07-07 株式会社デンソー 酸化膜を有する製品の製造方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1278108A (zh) * 1999-06-16 2000-12-27 松下电子工业株式会社 半导体装置及其制造方法
CN201754405U (zh) * 2010-07-16 2011-03-02 北京工业大学 一种氧化锌掺杂同质pn结
JP2011129938A (ja) * 2011-01-17 2011-06-30 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置、表示装置、液晶テレビジョン装置、及びｅｌテレビジョン装置
JP2013058637A (ja) * 2011-09-08 2013-03-28 Tamura Seisakusho Co Ltd Ｇａ２Ｏ３系半導体素子
CN103035670A (zh) * 2011-09-28 2013-04-10 富士通株式会社 化合物半导体器件及其制造方法
US20150087110A1 (en) * 2013-09-21 2015-03-26 Northwestern University Low-Temperature Fabrication of Spray-Coated Metal Oxide Thin Film Transistors

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5338039B2 (zh) * 1973-12-17 1978-10-13
JP3701125B2 (ja) * 1998-08-11 2005-09-28 日本特殊陶業株式会社 ガスセンサ
TWI221341B (en) 2003-09-18 2004-09-21 Ind Tech Res Inst Method and material for forming active layer of thin film transistor
JP3803365B2 (ja) 2003-11-17 2006-08-02 松下電器産業株式会社 結晶膜の製造方法、結晶膜付き基体の製造方法、および熱電変換素子の製造方法
US8796670B2 (en) * 2003-12-26 2014-08-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light-emitting element
JP4831940B2 (ja) 2004-05-24 2011-12-07 株式会社光波 半導体素子の製造方法
JP4803634B2 (ja) * 2004-10-01 2011-10-26 学校法人早稲田大学 ｐ型Ｇａ２Ｏ３膜の製造方法およびｐｎ接合型Ｇａ２Ｏ３膜の製造方法
US8013331B2 (en) * 2006-06-19 2011-09-06 Panasonic Corporation Thin film transistor, method of manufacturing the same, and electronic device using the same
JP2012186231A (ja) * 2011-03-03 2012-09-27 Jsr Corp 太陽電池
TW201901972A (zh) * 2012-01-26 2019-01-01 日商半導體能源研究所股份有限公司 半導體裝置及半導體裝置的製造方法
CN104620389B (zh) * 2012-09-12 2017-11-17 夏普株式会社 半导体装置及其制造方法
CN103715234B (zh) * 2012-09-28 2016-05-04 财团法人工业技术研究院 p型金属氧化物半导体材料
JP6547273B2 (ja) * 2013-12-26 2019-07-24 株式会社リコー ｐ型酸化物半導体、ｐ型酸化物半導体製造用組成物、ｐ型酸化物半導体の製造方法、半導体素子、表示素子、画像表示装置、及びシステム
JP6945120B2 (ja) 2014-08-29 2021-10-06 株式会社Flosfia 金属膜形成方法
JP2016081946A (ja) * 2014-10-09 2016-05-16 株式会社Flosfia 半導体構造および半導体装置
US9647135B2 (en) * 2015-01-22 2017-05-09 Snaptrack, Inc. Tin based p-type oxide semiconductor and thin film transistor applications

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1278108A (zh) * 1999-06-16 2000-12-27 松下电子工业株式会社 半导体装置及其制造方法
CN201754405U (zh) * 2010-07-16 2011-03-02 北京工业大学 一种氧化锌掺杂同质pn结
JP2011129938A (ja) * 2011-01-17 2011-06-30 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置、表示装置、液晶テレビジョン装置、及びｅｌテレビジョン装置
JP2013058637A (ja) * 2011-09-08 2013-03-28 Tamura Seisakusho Co Ltd Ｇａ２Ｏ３系半導体素子
CN103035670A (zh) * 2011-09-28 2013-04-10 富士通株式会社 化合物半导体器件及其制造方法
US20150087110A1 (en) * 2013-09-21 2015-03-26 Northwestern University Low-Temperature Fabrication of Spray-Coated Metal Oxide Thin Film Transistors

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
雷乐成，汪大翚著: "《水处理高级氧化技术》", pages: 192 - 199 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113508470A (zh) * 2019-03-13 2021-10-15 三菱电机株式会社 半导体装置
CN114518389A (zh) * 2022-04-21 2022-05-20 北京中科海芯科技有限公司 一种气体传感器、制作方法及气体检测方法
CN114518389B (zh) * 2022-04-21 2022-07-12 北京中科海芯科技有限公司 一种气体传感器、制作方法及气体检测方法

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KR20190022561A (ko) 2019-03-06
EP3480840A4 (en) 2020-03-11

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