JP2022030645A - ｐ型酸化物半導体及びｐ型酸化物半導体を含む半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】工業的に有用であり、かつ半導体特性に優れたｐ型の酸化物半導体を含む半導体装置を提供する。【解決手段】 イリジウムと、周期律表の第１３族の金属から選択される少なくとも1つの金属とを含有する金属酸化物を主成分として含み、さらにドーパントを含有し、ホールキャリア密度が１．０×１０１９／ｃｍ３以下である、ｐ型酸化物半導体。【選択図】なし

Description

本発明は、酸化物半導体に関し、ｐ型酸化物半導体に関する。また、本発明は酸化物半導体を含む半導体装置および／またはシステムに関する。本発明は、ｐ型酸化物半導体の形成方法に関する。

高耐圧、低損失および高耐熱を実現できる次世代のスイッチング素子として、バンドギャップの大きな酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）を用いた半導体装置が注目されており、インバータなどの電力用半導体装置への適用が期待されている。しかも、広いバンドギャップからＬＥＤやセンサー等の受発光装置としての応用も期待されている。当該酸化ガリウムは非特許文献１によると、インジウムやアルミニウムをそれぞれ、あるいは組み合わせて混晶することによりバンドギャップ制御することが可能であり、ＩｎＡｌＧａＯ系半導体として極めて魅力的な材料系統を構成している。ここでＩｎＡｌＧａＯ系半導体とはＩｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_ＺＯ_３（０≦Ｘ≦２、０≦Ｙ≦２、０≦Ｚ≦２、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１．５～２．５）を示し、酸化ガリウムを内包する同一材料系統として俯瞰することができる（特許文献１）。

そして、近年においては、酸化ガリウム系のｐ型半導体が検討されており、例えば、特許文献２には、β－Ｇａ_２Ｏ_３系結晶を、ＭｇＯ（ｐ型ドーパント源）を用いてＦＺ法により形成したりすると、ｐ型導電性を示す基板が得られることが記載されている。また、特許文献３には、ＭＢＥ法により形成したα－（Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘ）_２Ｏ_３単結晶膜にｐ型ドーパントをイオン注入してｐ型半導体を形成することが記載されている。しかしながら、これらの方法では、ｐ型半導体の作製は実現困難であり（非特許文献１）、実際に、これらの方法でｐ型半導体の作製に成功したとの報告はなされていない。そのため、実現可能なｐ型酸化物半導体及びその製造方法が待ち望まれていた。

また、非特許文献２や非特許文献３に記載されているように、例えばＲｈ_２Ｏ_３やＺｎＲｈ_２Ｏ_４等をｐ型半導体に用いることも検討されているが、Ｒｈ_２Ｏ_３は、成膜時に特に原料濃度が薄くなってしまい、成膜に影響する問題があり、有機溶媒を用いても、Ｒｈ_２Ｏ_３単結晶が作製困難であった。また、ホール効果測定を実施してもｐ型とは判定されることがなく、測定自体もできていない問題もあり、また、測定値についても、例えばホール係数が測定限界（０．２ｃｍ^３／Ｃ）以下しかなく、使いものには到底ならなかった。また、ＺｎＲｈ_２Ｏ_４は移動度が低く、バンドギャップも狭いため、ＬＥＤやパワーデバイスに用いることができない問題があり、これらは必ずしも満足のいくものではなかった。

ワイドバンドギャップ半導体として、Ｒｈ_２Ｏ_３やＺｎＲｈ_２Ｏ_４等以外にも、ｐ型の酸化物半導体が種々検討されている。特許文献４には、デラフォサイトやオキシカルコゲナイド等をｐ型半導体として用いることが記載されている。しかしながら、これらの半導体は、移動度が１ｃｍ^２／Ｖ・ｓ程度かまたはそれ以下であり、電気特性が悪く、α－Ｇａ_２Ｏ_３等のｎ型の次世代酸化物半導体とのｐｎ接合がうまくできない問題もあった。

なお、従来より、Ｉｒ_２Ｏ_３は知られている。例えば、特許文献５には、イリジウム触媒としてＩｒ_２Ｏ_３を用いることが記載されている。また、特許文献６には、Ｉｒ_２Ｏ_３を誘電体に用いることが記載されている。また、特許文献７には、電極にＩｒ_２Ｏ_３を用いることが記載されている。しかしながら、Ｉｒ_２Ｏ_３をｐ型半導体に用いることは知られていなかったが、最近、本出願人らにより、ｐ型半導体として、Ｉｒ_２Ｏ_３を用いることが検討され、研究開発が進められている（特許文献８～１１）。また、Ｉｒ_２Ｏ_３と周期律表の第１３族の酸化物の混晶についてはまだまだ十分に満足のいくものが得られておらず、例えば、バンドギャップ３．４ｅＶ以上のｐ型酸化物の混晶が待ち望まれていた。また、イリジウムを含むｐ型酸化物半導体の低キャリア密度化が待ち望まれていた。

国際公開第２０１４／０５０７９３号公報 特開２００５－３４０３０８号公報 特開２０１３－５８６３７号公報 特開２０１６－２５２５６号公報 特開平９－２５２５５号公報 特開平８－２２７７９３号公報 特開平１１－２１６８７号公報 国際公開第２０１８／００４００８号公報 国際公開第２０１８／００４００９号公報 国際公開第２０１８／０４３５０３号公報 国際公開第２０１９／０９８２９５号公報

竹本達哉、EE Times Japan"パワー半導体 酸化ガリウム"熱伝導率、P型……課題を克服して実用化へ、［online］、2014年2月27日、アイティメディア株式会社、［平成28年6月21日検索］、インターネット〈URL：http://eetimes.jp/ee/articles/1402/27/news028_2.html〉 F.P.KOFFYBERG et al., "optical bandgaps and electron affinities of semiconducting Rh2O3(I) and Rh2O3(III)", J. Phys. Chem. Solids Vol.53, No.10, pp.1285-1288, 1992 細野秀雄、"酸化物半導体の機能開拓"、物性研究・電子版 Vol.3、No.1、031211（2013年11月・2014年2月合併号）

本発明は、工業的に有用であり、かつ半導体特性に優れたｐ型酸化物半導体を提供することを目的の1つとしている。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、ミストＣＶＤ法でもって、マグネシウム（Ｍｇ）の有機金属塩（例えば金属酢酸塩、金属シュウ酸塩、金属クエン酸塩等）を用いてドープを行ってイリジウムと周期律表の第１３族金属とを含有する混晶を成膜することにより、従来作製困難であった、イリジウムと、周期律表の第１３族の金属から選択される少なくとも1つの金属とを含有する金属酸化物を主成分として含み、ホールキャリア密度が１．０×１０^１９／ｃｍ^３以下である、ｐ型酸化物半導体の創製に成功し、このような酸化物半導体が、上記した従来の問題を一挙に解決できるものであることを見出した。

また、本発明者らは、上記知見を得たのち、さらに検討を重ね、本発明を完成させた。すなわち、本発明は以下の発明に関する。
［１］ イリジウムと、周期律表の第１３族の金属から選択される少なくとも1つの金属とを含有する金属酸化物を主成分として含み、さらにドーパントを含有し、ホールキャリア密度が１．０×１０^１９／ｃｍ^３以下である、ｐ型酸化物半導体。
［２］ コランダム構造を有する、前記［１］記載のｐ型酸化物半導体。
［３］ 前記周期律表の第１３族から選択される少なくとも１つの金属は、原子比で、イリジウムよりも多い、前記［１］または［２］に記載のｐ型酸化物半導体。
［４］ 前記周期律表の第１３族から選択される少なくとも１つの金属は、前記金属酸化物中に含まれる全ての金属において、原子比で、５０％以上である、前記［１］または［２］に記載のｐ型酸化物半導体。
［５］ ３．４ ｅＶ以上のバンドギャップを有する、前記［１］～［４］のいずれかに記載のｐ型酸化物半導体。
［６］ 膜形状を有している、前記［１］～［５］のいずれかに記載のｐ型酸化物半導体。
［７］ 前記［１］～［６］のいずれかに記載のｐ型酸化物半導体と、前記ｐ型酸化物半導体に少なくとも一部が接触して配置されているｎ型酸化物半導体と、を少なくとも有する半導体装置。
［８］ 前記ｎ型酸化物半導体がコランダム構造を有する、前記［７］記載の半導体装置。
［９］前記ｎ型酸化物半導体が、ｎ－型酸化物半導体である、前記［７］または［８］に記載の半導体装置。
［１０］前記［１］～［６］のいずれかに記載のｐ型酸化物半導体と、前記ｐ型酸化物半導体に少なくとも一部が接触して配置されている第１のｎ型酸化物半導体と、前記第１のｎ型酸化物半導体に少なくとも一部が接触して配置されている第２のｎ型酸化物半導体と、を少なくとも有する、半導体装置。
［１１］前記第１のｎ型酸化物半導体がコランダム構造を有し、前記第２のｎ型酸化物半導体がコランダム構造を有する、前記［１０］記載の半導体装置。
［１２］ ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）、ジャンクションバリアショットキーダイオード（ＪＢＳ）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ（、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）ＩＧＢＴおよび接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）から選択される1つである前記［７］～［１１］のいずれかに記載の半導体装置。
［１３］ シリコン基板と、前記シリコン基板上に形成された埋め込み絶縁層とを有するＳＯＩ構造をさらに含む、前記［７］～［１２］のいずれかにのいずれかに記載の半導体装置。
［１４］ パワーデバイスである前記［７］～［１３］のいずれかに記載の半導体装置。
［１５］ パワーモジュール、インバータまたはコンバータである前記［７］～［１４］のいずれかに記載の半導体装置。
［１６］ 半導体装置を備える半導体システムであって、前記半導体装置が、前記［７］～［１５］のいずれかに記載の半導体装置である半導体システム。

本発明のｐ型酸化物半導体は、工業的に有用であり、かつ半導体特性に優れている。

実施例において用いられる成膜装置（ミストＣＶＤ装置）の概略構成図である。 ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の好適な一例を模式的に示す図である。 高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。 金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。 接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。 発光素子（ＬＥＤ）の好適な一例を模式的に示す図である。 発光素子（ＬＥＤ）の好適な一例を模式的に示す図である。 電源システムの好適な一例を模式的に示す図である。 システム装置の好適な一例を模式的に示す図である。 電源装置の電源回路図の好適な一例を模式的に示す図である。 ヘテロ接合型バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。 金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。 実施例２で得られた酸化物半導体膜のＸＲＤ測定の結果を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。

本発明のｐ型酸化物半導体の実施態様および／または半導体装置の実施態様において、前記ｐ型酸化物半導体はイリジウムと、周期律表の第１３族の金属から選択される少なくとも1つの金属とを含有する金属酸化物を主成分として含み、さらに特定のドーパントを含有させることで、かつホールキャリア密度が１．０×１０^１９／ｃｍ^３以下となることを特長とする。ここで、「ホールキャリア密度」は、ホール効果測定によって得られる酸化物半導体中の正孔のキャリア密度をいう。前記ホールキャリア密度の下限は特に限定されないが、約１．０×１０^１４／ｃｍ^３以上が好ましく、約１．０×１０^１５／ｃｍ^３以上がより好ましい。

また、本発明のｐ型酸化物半導体の実施態様および／または半導体装置の実施態様において、ｐ型酸化物半導体に含まれる金属酸物がコランダム構造を有するのが好ましい。「コランダム構造を有する金属酸化物」とは、少なくとも２種類の金属を含む金属酸化物の結晶であって、混晶としての結晶構造がコランダム構造を有するものをいう。また、本発明の実施態様において、前記混晶が単結晶膜であることが好ましい。

前記ｐ型酸化物半導体（以下、「ｐ型酸化物半導体膜」および／または「ｐ型半導体層」ともいう）は、金属酸化物を主成分として含み、前記金属酸化物は、イリジウムと、周期律表第１３族の金属から選択される少なくとも1つの金属とを含有する。本発明の実施態様においては、ｐ型酸化物半導体が前記金属酸化物を主成分として含み、コランダム構造を有するのが好ましい。「主成分」とは、混晶である前記金属酸化物が、原子比で、ｐ型酸化物半導体膜の全成分に対し、好ましくは５０％以上、より好ましくは７０％以上、更に好ましくは９０％以上含まれることを意味し、１００％であってもよいことを意味する。また、本発明の実施態様においては、前記周期率表の第１３族から選択される少なくとも１つの金属は、原子比で、イリジウムよりも多いのが好ましい。また、本発明の実施態様においては、前記周期律表の第１３族から選択される少なくとも１つの金属は、前記金属酸化物中に含まれる全ての金属において、原子比で、５０％以上であるのが好ましい。本発明の実施態様において、前記ｐ型酸化物半導体が、イリジウム（Ｉｒ）と、ガリウム（Ｇａ）とを含有する金属酸化物を主成分として含むのが好ましい。「イリジウムとガリウムを含有する金属酸化物」は、イリジウム元素とガリウム元素と酸素とを含むものをいうが、本発明の実施態様においては、前記金属酸化物がＩｒ_１－ｘＧａ_ｘＯ_３であるのが好ましく、α－Ｉｒ_１－ｘＧａ_ｘＯ_３であるのがより好ましい。なお、本発明の実施態様において、霧化液滴を生成する原料溶液中に含まれるガリウム（Ｇａ）比率（％）が４０％以上６０％以下の範囲であって、さらに前記霧化液滴がドーパントを含有する場合に、バンドギャップのより高いｐ型酸化物半導体が得られた。また、本発明の実施態様によれば、３．４ｅＶ以上のバンドギャップを有するｐ型酸化物半導体の混晶が得られることが分かった。また、上記した本発明の好ましい実施態様によれば、前記バンドギャップが４．１ｅＶ以上のｐ型酸化物半導体の混晶を得ることができる。このような混晶は、ｐ型半導体特性の耐熱性に優れているため、特に、パワーデバイス等に工業的有利に適用することができるだけでなく、例えば酸化ガリウムまたはその混晶等のバンドギャップの大きいｎ型酸化物半導体と組み合わせることによって、半導体装置の電気特性および信頼性をより向上させることができる。また、前記ｐ型酸化物半導体の形状は特に限定されず、膜形状であってもよいし、板状であってもよいし、シート状であってもよい。また、前記ｐ型酸化物半導体が、例えばｐ型酸化物半導体領域として、膜の一部を構成するものであってもよい。本発明の実施態様によれば、前記ｐ型酸化物半導体が、膜形状を有しているのが好ましい。

なお、「周期律表」は、国際純正応用化学連合（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｏｎ ｏｆ Ｐｕｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）（ＩＵＰＡＣ）にて定められた周期律表を意味する。「ｄブロック」は、３ｄ、４ｄ、５ｄ、および６ｄ軌道を満たす電子を有する元素をいう。 前記ｄブロック金属としては、例えば、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、テクネチウム（Ｔｃ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、カドミウム（Ｃｄ）、ルテチウム（Ｌｕ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、水銀（Ｈｇ）、ローレンシウム（Ｌｒ）、ラザホージウム（Ｒｆ）、ドブニウム（Ｄｂ）、シーボーギウム（Ｓｇ）、ボーリウム（Ｂｈ）、ハッシウム（Ｈｓ）、マイトネリウム（Ｍｔ）、ダームスタチウム（Ｄｓ）、レントゲニウム（Ｒｇ）、コペルニシウム（Ｃｎ）及びこれらの２種以上の金属などが挙げられる。

また、「第２族金属」は、周期律表の第２族金属であればそれでよく、第２族金属としては、例えば、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）又はこれらの２種以上の金属等が挙げられる。「第９族金属」は、周期律表の第９族金属であればそれでよく、このような第９族金属としては、例えば、イリジウム（Ｉｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）又はこれらの２種以上の金属等が挙げられる。また、「第１３族金属」は、周期律表の第１３族金属であれば特に限定されず、第１３族金属としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）又はこれらの２種以上の金属等が挙げられるが、本発明においては、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及びインジウム（Ｉｎ）から選ばれる１種又は２種以上が好ましい。

前記ドーパントは、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知のものであってよい。本発明の実施形態によれば、前記ドーパントがｐ型ドーパントであるのが好ましい。前記ドーパントの含有量は、前記酸化物半導体膜の組成中、０．００００１原子％以上であるのが好ましく、０．００００１原子％～２０原子％であるのがより好ましく、０．０００１原子％～２０原子％であるのが最も好ましい。前記ｐ型ドーパントは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知のものであってよい。前記ｐ型ドーパントとしては、例えば、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、Ｐ等及びこれらの２種以上の元素などが挙げられるが、本発明の実施態様においては、前記ｐ型ドーパントが、Ｍｇ、ＺｎまたはＣａであるのが好ましく、Ｍｇであるのがより好ましい。このような好ましいドーパントを上記した好ましい金属酸化物と組み合わせて用いることにより、より高バンドギャップ（例えば、４．１ｅＶ以上）且つより低キャリア密度のｐ型酸化物半導体の混晶を実現することができる。

本発明のｐ型酸化物半導体は、好適には以下の方法により得られるが、このようなｐ型酸化物半導体の製造方法も新規且つ有用であり、本発明の１つとして包含される。

本発明の実施態様においてｐ型酸化物半導体の製造方法は、金属酸化物の混晶を形成して混晶を主成分とするｐ型酸化物半導体を製造する方法であって、イリジウム、ガリウムおよびドーパントを含む原料溶液を霧化して液滴を浮遊させて霧化液滴（ミストを含む）を生成し（霧化工程）、キャリアガスによって、基体の表面まで前記霧化液滴搬送し（搬送工程）、ついで、前記霧化液滴を熱反応させることにより、前記基体の表面上にイリジウムとガリウムを含有する金属酸化物の混晶で、さらにドーパントを含む混晶を形成すること（製膜工程）を特長とする。

（霧化工程）
霧化工程は、イリジウム及びガリウムの少なくとも２種類の金属を含む原料溶液を霧化する。この場合、イリジウムを含む第１の原料溶液と、ガリウムを含む第２の原料溶液とを準備して霧化し、イリジウムを含む第１の霧化液滴とガリウムを含む第２の霧化液滴とを生成してもよい。なお、前記原料溶液は所望によりさらに他の金属を含んでいてもよく、本発明の実施態様においては、前記原料溶液がさらにドーパントを含むのが好ましい。前記第１の原料溶液と前記第２の原料溶液を準備する場合、前記第１の原料溶液および／または前記第２の原料溶液がドーパントを含むのが好ましい。霧化方法は、前記原料溶液を霧化できさえすれば特に限定されず、公知の方法であってよいが、本発明においては、超音波を用いる霧化方法が好ましい。超音波を用いて得られた霧化液滴は、初速度がゼロであり、空中に浮遊するので好ましく、例えば、スプレーのように吹き付けるのではなく、空間に浮遊してガスとして搬送することが可能な霧化液滴であるので衝突エネルギーによる損傷がないため、非常に好適である。霧化液滴の液滴のサイズは、特に限定されず、数ｍｍ程度であってもよいが、好ましくは５０μｍ以下であり、より好ましくは１００ｎｍ～１０μｍである。

（原料溶液）
前記原料溶液は、イリジウム及びガリウムを含み、さらに前記ドーパントを含んでいれば特に限定されず、無機材料が含まれていても、有機材料が含まれていてもよい。また、前記原料溶液は、所望により、さらに他の金属を含んでいてもよい。前記原料溶液がイリジウム及びガリウム及びさらに他の金属を含む場合には、該他の金属が、周期律表の第２族金属、イリジウム以外の第９族金属および／又はガリウム以外の第１３族金属であるのが好ましい。また、前記原料溶液がイリジウムおよびガリウムを含有していてもよいし、イリジウムを含む原料溶液と、ガリウムを含む原料溶液とに分けてそれぞれ霧化工程に付し、搬送工程又は製膜工程にてそれぞれの原料溶液から得られたイリジウムを含有する霧化液滴とガリウムを含有する霧化液滴を合流させてもよい。本発明の実施態様においては、イリジウム及びガリウムおよび所望により他の金属を錯体又は塩の形態で有機溶媒または水に溶解又は分散させたものを前記原料溶液として好適に用いることができる。錯体の形態としては、例えば、アセチルアセトナート錯体、カルボニル錯体、アンミン錯体、ヒドリド錯体などが挙げられる。塩の形態としては、例えば、有機金属塩（例えば金属酢酸塩、金属シュウ酸塩、金属クエン酸塩等）、硫化金属塩、硝化金属塩、リン酸化金属塩、ハロゲン化金属塩（例えば塩化金属塩、臭化金属塩、ヨウ化金属塩等）などが挙げられる。なお、本発明の実施態様で用いられるミストＣＶＤ法によれば、原料濃度が低くても、好適に製膜することができる。

前記原料溶液の溶媒は、特に限定されず、水等の無機溶媒であってもよいし、アルコール等の有機溶媒であってもよいし、無機溶媒と有機溶媒の混合溶液であってもよい。本発明においては、他の従来の成膜方法とは異なり、前記溶媒が水を含むのが好ましく、水と酸の混合溶媒であるのも好ましい。前記水としては、より具体的には、例えば、純水、超純水、水道水、井戸水、鉱泉水、鉱水、温泉水、湧水、淡水、海水などが挙げられるが、本発明においては、超純水が好ましい。また、前記酸としては、より具体的には、例えば、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸等の有機酸；三フッ化ホウ素、三フッ化ホウ素エーテラート、三塩化ホウ素、三臭化ホウ素、トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ｐ－トルエンスルホン酸などが挙げられるが、本発明の実施態様においては、酢酸が好ましい。

（基体）
前記基体は、前記ｐ型酸化物半導体を支持できるものであれば特に限定されない。前記基体の材料も、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知の基体であってよく、有機化合物であってもよいし、無機化合物であってもよい。前記基体の形状としては、どのような形状のものであってもよく、あらゆる形状に対して有効であり、例えば、平板や円板等の板状、繊維状、棒状、円柱状、角柱状、筒状、螺旋状、球状、リング状などが挙げられるが、本発明においては、基板が好ましい。基板の厚さは、本発明においては特に限定されない。また、基体として、後述するように、基板上にバッファ層等の他の層を積層してもよい。また、異なる電気導電を有する半導体層を含めて基体として用いてもよい。

前記基板は、板状であって、前記ｐ型酸化物半導体の支持体となるものであれば特に限定されない。絶縁体基板であってもよいし、半導体基板であってもよいし、導電性基板であってもよいが、前記基板が、絶縁体基板であるのが好ましく、また、表面に金属膜を有する基板であるのも好ましい。前記基板としては、好適には例えば、コランダム構造を有する基板などが挙げられる。基板材料は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知のものであってよい。前記のコランダム構造を有する基板としては、例えば、コランダム構造を有する基板材料を主成分とする下地基板などが挙げられ、より具体的には例えば、サファイア基板（好ましくはｃ面サファイア基板）やα型酸化ガリウム基板などが挙げられる。ここで、「主成分」とは、前記特定の結晶構造を有する基板材料が、原子比で、基板材料の全成分に対し、好ましくは５０％以上、より好ましくは７０％以上、更に好ましくは９０％以上含まれることを意味し、１００％であってもよいことを意味する。

（搬送工程）
搬送工程では、前記キャリアガスによって前記霧化液滴を基体へ搬送する。キャリアガスの種類としては、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、例えば、酸素、オゾン、窒素やアルゴン等の不活性ガス、または水素ガスやフォーミングガス等の還元ガスなどが挙げられるが、本発明においては、キャリアガスとして酸素を用いるのが好ましい。酸素が用いられているキャリアガスとしては、例えば空気、酸素ガス、オゾンガス等が挙げられるが、とりわけ酸素ガス及び／又はオゾンガスが好ましい。また、キャリアガスの種類は１種類であってよいが、２種類以上であってもよく、キャリアガス濃度を変化させた希釈ガス（例えば１０倍希釈ガス等）などを、第２のキャリアガスとしてさらに用いてもよい。また、キャリアガスの供給箇所も１箇所だけでなく、２箇所以上あってもよい。本発明においては、霧化室、供給管及び製膜室を用いる場合には、前記霧化室及び前記供給管にそれぞれキャリアガスの供給箇所を設けるのが好ましく、前記霧化室にはキャリアガスの供給箇所を設け、前記供給管には希釈ガスの供給箇所を設けるのがより好ましい。また、キャリアガスの流量は、特に限定されないが、０．０１～２０Ｌ／分であるのが好ましく、１～１０Ｌ／分であるのがより好ましい。希釈ガスの場合には、希釈ガスの流量が、０．００１～２Ｌ／分であるのが好ましく、０．１～１Ｌ／分であるのがより好ましい。

（製膜工程）
製膜工程では、前記霧化液滴を前記基体表面近傍で反応させて、前記基体表面の一部または全部に製膜する。前記熱反応は、前記霧化液滴から膜が形成される熱反応であれば特に限定されず、熱でもって前記霧化液滴が反応すればそれでよく、反応条件等も本発明の目的を阻害しない限り特に限定されない。本工程においては、前記熱反応を、通常、溶媒の蒸発温度以上の温度で行うが、あまり高すぎない温度以下が好ましい。本発明においては、前記熱反応を、１２００℃以下で行うのが好ましく、３００℃～７００℃または７５０℃～１２００℃の温度で行うのがより好ましく、３５０℃～６００℃または７５０℃～１１００℃で行うのが最も好ましい。また、熱反応は、本発明の目的を阻害しない限り、真空下、非酸素雰囲気下、還元ガス雰囲気下および酸化雰囲気下のいずれの雰囲気下で行われてもよく、また、大気圧下、加圧下および減圧下のいずれの条件下で行われてもよいが、本発明においては、酸化雰囲気下で行われるのが好ましく、大気圧下で行われるのも好ましく、酸化雰囲気下でかつ大気圧下で行われるのがより好ましい。なお、「酸化雰囲気」は、イリジウムを含有する金属酸化物の結晶又は混晶が前記熱反応により形成できる雰囲気であれば特に限定されない。例えば、酸素を含むキャリアガスを用いたり、酸化剤を含む原料溶液から生成された霧化液滴を用いたりして酸化雰囲気とすること等が挙げられる。また、膜厚は、製膜時間を調整することにより、設定することができ、本発明においては、膜厚が１ｎｍ～１ｍｍであるのが好ましく、１ｎｍ～１００μｍであるのが、半導体特性がより向上するのでより好ましく、１ｎｍ～１０μｍであるのが最も好ましい。

なお、本発明の実施態様においては、前記ｐ型半導体層の成膜前又は成膜後に、ｎ型半導体層（以下、「ｎ型酸化物半導体」ともいう。）を形成するのが好ましい。ｎ型半導体層の形成方法は特に限定されず、公知の方法であってよいが、本発明においては、ミストＣＶＤ法が好ましい。このようにして前記ｐ型酸化物半導体上に前記ｎ型半導体層を積層することにより、前記ｐ型酸化物半導体と、前記ｐ型酸化物半導体に少なくとも一部が接触して配置されているｎ型酸化物半導体とを少なくとも有する半導体装置を得ることができる。本発明の実施態様においては、前記半導体装置が、前記ｐ型酸化物半導体と、前記ｐ型酸化物半導体に少なくとも一部が接触して配置されている第１のｎ型酸化物半導体（例えば、ｎ－型酸化物半導体等）と、前記第１のｎ型酸化物半導体に少なくとも一部が接触して配置されている第２のｎ型酸化物半導体（例えば、ｎ＋型酸化物半導体等）と、を少なくとも有するのも好ましい。前記ｎ型半導体層は、酸化物半導体を主成分とするのが好ましく、周期律表の第１３族金属（例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ等）を含む酸化物半導体を主成分とするのがより好ましい。また、前記ｎ型半導体層は、結晶性酸化物半導体を主成分とするのも好ましく、Ｇａを含む結晶性酸化物半導体を主成分とするのがより好ましく、コランダム構造を有し且つＧａを含む結晶性酸化物半導体を主成分とするのが最も好ましい。また、本発明においては、前記ｎ型半導体の主成分である酸化物半導体と、前記ｐ型酸化物半導体との格子定数差が、１．０％以下であるのも、良好なｐｎ接合を形成することができるため、好ましく、０．３％以下であるのがより好ましい。ここで、「格子定数差」とは、前記ｎ型半導体の主成分である酸化物半導体の格子定数から、前記ｐ型酸化物半導体の格子定数を差し引いた値を、前記ｐ型酸化物半導体の格子定数で除した数値の絶対値を１００倍した数値（％）と定義される。前記格子定数差が１．０％以下である場合の例としては、ｐ型酸化物半導体がコランダム構造を有する場合であって、ｎ型半導体の主成分である酸化物半導体もコランダム構造を有する場合等が挙げられ、より好適には、ｐ型酸化物半導体が、Ｉｒ_２Ｏ_３の混晶であって、ｎ型半導体の主成分である酸化物半導体が、Ｇａ_２Ｏ_３の単結晶又は混晶である場合等が挙げられる。なお、「主成分」とは、前記酸化物半導体が、原子比で、ｎ型半導体層の全成分に対し、好ましくは５０％以上、より好ましくは７０％以上、更に好ましくは９０％以上含まれることを意味し、１００％であってもよいことを意味する。また、本発明の実施態様においては、前記ｐ型酸化物半導体が、単結晶であるのが好ましい。

上記のようにして得られるｐ型酸化物半導体膜は、ｐ型半導体層として半導体装置に用いることができ、とりわけ、パワーデバイスに有用である。前記ｐ型酸化物半導体膜を半導体装置に用いることにより、ラフネス散乱を抑制することができ、半導体装置のチャネル移動度を優れたものとすることができる。また、半導体装置は、電極が半導体層の片面側に形成された横型の素子（横型デバイス）と、半導体層の表裏両面側にそれぞれ電極を有する縦型の素子（縦型デバイス）に分類することができ、本発明においては、横型デバイスにも縦型デバイスにも好適に用いることができるが、中でも、縦型デバイスに用いることが好ましい。前記半導体装置としては、例えば、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）、金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）、接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）または発光ダイオードなどが挙げられる。

前記ｐ型酸化物半導体膜をｐ型半導体層に用いた半導体装置の例を図２～８、図１２および図１３に示す。なお、ｎ型半導体は、ｐ型酸化物半導体と同じ主成分であってｎ型ドーパントを含むものであってもよいし、ｐ型酸化物半導体とは主成分等が異なるｎ型半導体であってもよい。また、前記ｎ型半導体は、例えば、ｎ型ドーパントの含有量を調整することにより、ｎ－型半導体層、ｎ＋型半導体層などとして適宜用いられる。

図２は、本発明の実施態様の一つとして、半導体装置を示す。本実施態様における半導体装置は、ｎ－型半導体層１０１ａ、ｎ＋型半導体層１０１ｂ、ｐ型半導体層１０２、金属層１０３、絶縁体層１０４、ショットキー電極１０５ａおよびオーミック電極１０５ｂを備えているショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の好適な一例を示す。図２のＳＢＤは、円弧部を備えているトレンチ７０を有しており、かかるトレンチ７０内に前記ｐ型半導体層１０２が埋め込まれている。前記トレンチ７０の底面７０aと側面７０ｂとの間に円弧部７０ｃを有しており、前記円弧部の曲率半径が１００ｎｍ～５００ｎｍの範囲内であり、電界緩和効果に優れ、オン抵抗を低くすることができる。ＳＢＤに逆バイアスが印加された場合には、トレンチ７０の前記円弧部の応力緩和作用によって空乏層（図示せず）が結晶性酸化物半導体層としてのｎ型半導体層１０１ａの中に良好に広がるため、高耐圧のＳＢＤとなる。また、順バイアスが印加された場合には、結晶性酸化物半導体層の第１面側の反対の第２面側に位置するオーミック電極１０５ｂから結晶性酸化物半導体層の第１面側に位置するショットキー電極１０５ａへ電子が流れる。このようにして前記半導体構造を用いたＳＢＤは、高耐圧・大電流用に優れており、スイッチング速度も速く、耐圧性・信頼性にも優れている。なお、金属層１０３は、例えばＡｌ等の金属からなり、ショットキー電極１０５ａを覆っている。本実施態様において、前記ｐ型半導体層１０２は、イリジウムと、周期律表の第１３族から選択される少なくとも1つの金属とを含有する金属酸化物を主成分として含み、さらにドーパントを含有し、ホールキャリア密度が１．０×１０^１９／ｃｍ^３以下である。前記ｎ－型半導体層１０１がコランダム構造の酸化ガリウムを主成分として含む場合、前記ｎ－型半導体層１０１上に配置される前記ｐ型半導体層１０２もコランダム構造を有し、酸化ガリウムを含む混晶を主成分とすることから、親和性の高い半導体の積層構造が得られる。また、ｐ型半導体層の耐熱性が向上する。

図３は、本発明の実施態様の一つとして、半導体装置を示す。本実施態様における半導体装置は、バンドギャップの広いｎ型半導体層１２１ａ、バンドギャップの狭いｎ型半導体層１２１ｂ、ｎ＋型半導体層１２１ｃ、ｐ型半導体層１２３、ゲート電極１２５ａ、ソース電極１２５ｂ、ドレイン電極１２５ｃおよび基板１２９を備えている高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の好適な一例を示す。本実施態様において、前記ｐ型半導体層１２３は、イリジウムとガリウムとを少なくとも含む混晶を主成分として含んでおり、前記混晶がコランダム構造を有している。前記ｐ型半導体層１２３は、前記ｎ＋型半導体層１２１ｃに接触して配置されている。前記ｎ＋型半導体層１２１ｃがコランダム構造の酸化ガリウムを主成分として含む場合、前記ｎ＋型半導体層１２１ｃに接触して配置される前記ｐ型半導体層１２３もコランダム構造を有し、酸化ガリウムを含む混晶を主成分とすることから、親和性の高い半導体の積層構造を有する半導体装置が得られる。

ショットキー電極およびオーミック電極の材料は、公知の電極材料であってもよく、前記電極材料としては、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｈｆ、Ｗ、Ｉｒ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｐｄ、ＮｄもしくはＡｇ等の金属またはこれらの合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン又はポリピロ－ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物などが挙げられる。

ショットキー電極およびオーミック電極の形成は、例えば、真空蒸着法またはスパッタリング法などの公知の方法により行うことができる。より具体的に例えば、ショットキー電極を形成する場合、Ｍｏからなる層とＡｌからなる層を積層させ、Ｍｏからなる層およびＡｌからなる層に対して、フォトリソグラフィーの手法を利用したパターニングを施すことにより行うことができる。

絶縁体層の材料としては、例えば、ＧａＯ、ＡｌＧａＯ、ＩｎＡｌＧａＯ、ＡｌＩｎＺｎＧａＯ_４、ＡｌＮ、Ｈｆ_２Ｏ_３、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＧｄＯ、ＳｉＯ_２またはＳｉ_３Ｎ_４などが挙げられるが、本発明においては、コランダム構造を有するものであるのが好ましい。絶縁体層の形成は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法などの公知の方法により行うことができる。

図４は、本発明の実施態様の一つとして、半導体装置を示す。本実施態様における半導体装置は、トレンチ型のＭＯＳＦＥＴであって、ｎ－型半導体層１３１ａ、第１のｎ＋型半導体層１３１ｂ、第２のｎ＋型半導体層１３１ｃ、ｐ型半導体層１３２、ｐ＋型半導体層１３２ａ、ゲート絶縁膜１３４、ゲート電極１３５ａ、ソース電極１３５ｂおよびドレイン電極１３５ｃを備えている金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の好適な一例を示す。また、前記ｎ－型半導体層１３１ａ及び前記第２のｎ＋型半導体層１３１ｃ内には、前記第１のｎ＋半導体層１３１ｃを貫通し、前記ｎ－型半導体層１３１ａの途中まで達する深さの複数のトレンチ７０として溝が形成されている。かかるトレンチ７０は、いずれもトレンチ７０の底面７０ｂと側面７０ａとの間に前記円弧部７０ｃを備えている。前記トレンチ７０内には、例えば、１０ｎｍ～１μｍの厚みのゲート絶縁膜１３４を介してゲート電極１３５ａが埋め込み形成されている。なお、ｐ＋型半導体層１３２ａは、ｐ型半導体層であってもよく、ｐ型半導体層１３２と同じであってもよい。本実施態様において、前記ｐ型半導体層１３２は、イリジウムとガリウムとを少なくとも含む混晶を主成分として含んでおり、前記混晶がコランダム構造を有している。前記ｐ＋型半導体層１３２ａについても、イリジウムとガリウムとを少なくとも含む混晶を主成分として含み、前記混晶がコランダム構造を有していてもよい。前記ｐ型半導体層１３１ｃおよび／または前記ｐ＋型半導体層１３２ａは、コランダム構造を有するｎ＋型半導体層１２１ｃおよび／またはｎ－型半導体層１３１ａに接触して配置されている。前記ｎ＋型半導体層１２１ｃおよび／またはｎ－型半導体層１３１ａがコランダム構造の酸化ガリウムを主成分として含む結晶を含む場合、前記ｐ型半導体層１３１ｃおよび前記ｐ＋型半導体層１３２ａもコランダム構造を有し、酸化ガリウムを含む混晶を主成分とすることから、親和性の高い半導体の積層構造を有する半導体装置が得られる。

図５は、本発明の実施態様の一つとして、半導体装置を示す。本実施態様における半導体装置は、ｎ－型半導体層１４１ａ、第１のｎ＋型半導体層１４１ｂ、第２のｎ＋型半導体層１４１ｃ、ｐ型半導体層１４２、ゲート電極１４５ａ、ソース電極１４５ｂおよびドレイン電極１４５ｃを備えている接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）の好適な一例を示す。図６は、ｎ型半導体層１５１、ｎ－型半導体層１５１ａ、ｎ＋型半導体層１５１ｂ、ｐ型半導体層１５２、ゲート絶縁膜１５４、ゲート電極１５５ａ、エミッタ電極１５５ｂおよびコレクタ電極１５５ｃを備えている絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の好適な一例を示す。本実施態様において、前記ｐ型半導体層１４２は、イリジウムとガリウムとを少なくとも含む混晶を主成分として含んでおり、前記混晶がコランダム構造を有している。前記ｐ型半導体層１４２は、前記ｎ－型半導体層１４１ａおよび第１のｎ＋型半導体層１４１ｂに接触して配置されている。前記ｎ－型半導体層１４１ａおよび／または前記第１のｎ＋型半導体層１４１ｂがコランダム構造の酸化ガリウムを主成分として含む場合、前記ｎ－型半導体層１４１ａおよび第１のｎ＋型半導体層１４１ｂに接触して配置される前記ｐ型半導体層１２３もコランダム構造を含み、酸化ガリウムを含む混晶を主成分とすることから、親和性の高い半導体の積層構造を有する半導体装置が得られる。

（ＬＥＤ）
本発明の半導体装置が発光ダイオード（ＬＥＤ）である場合の一例を図７に示す。図７の半導体発光素子は、第２の電極１６５ｂ上にｎ型半導体層１６１を備えており、ｎ型半導体層１６１上には、発光層１６３が積層されている。そして、発光層１６３上には、ｐ型半導体層１６２が積層されている。ｐ型半導体層１６２上には、発光層１６３にて発生する光を透過する透光性電極１６７を備えており、透光性電極１６７上には、第１の電極１６５ａが積層されている。発光層に用いられる発光体は公知のものであってもよい。なお、図７の半導体発光素子は、電極部分を除いて保護層で覆われていてもよい。本実施態様において、前記ｐ型半導体層１６２は、イリジウムとガリウムとを少なくとも含む混晶を主成分として含んでおり、前記混晶がコランダム構造を有している。前記ｐ型半導体層１６２と接触して配置される層がコランダム構造および／または酸化ガリウムを主成分として含む場合、親和性の高い半導体の積層構造を有する半導体装置が得られる。

透光性電極の材料としては、インジウム（Ｉｎ）またはチタン（Ｔｉ）を含む酸化物の導電性材料などが挙げられる。より具体的には、例えば、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、Ｇａ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＣｅＯ_２またはこれらの２以上の混晶またはこれらにドーピングされたものなどが挙げられる。これらの材料を、スパッタリング等の公知の方法で設けることによって、透光性電極を形成できる。また、透光性電極を形成した後に、透光性電極の透明化を目的とした熱アニールを施してもよい。

図７の半導体発光素子によれば、第１の電極１６５ａを正極、第２の電極１６５ｂを負極とし、両者を介してｐ型半導体層１６２、発光層１６３およびｎ型半導体層１６１に電流を流すことで、発光層１６３が発光するようになっている。

第１の電極１６５ａ及び第２の電極１６５ｂの材料としては、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｈｆ、Ｗ、Ｉｒ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｐｄ、ＮｄもしくはＡｇ等の金属またはこれらの合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン又はポリピロ－ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物などが挙げられる。電極の成膜法は特に限定されることはなく、印刷方式、スプレー法、コ－ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレ－ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式、などの中から前記材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って前記基板上に形成することができる。

なお、発光素子の別の態様を図８に示す。図８の発光素子では、基板１６９上にｎ型半導体層１６１が積層されており、ｐ型半導体層１６２、発光層１６３およびｎ型半導体層１６１の一部を切り欠くことによって露出したｎ型半導体層１６１の半導体層露出面上の一部に第２の電極１６５ｂが積層されている。

（ＨＢＴ）
本発明の半導体装置がヘテロ接合型バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）である場合の一例を図１２に示す。図１２のＨＢＴは、ｎｐｎ構造及びｐｎｐ構造のいずれの構造をとることもできる。以下、ｎｐｎ構造について詳しく説明するが、ｐｎｐ構造の場合も同様であって、ｎｐｎ構造のｐ型層をｐｎｐ構造のｎ型層で置換することができ、その逆も行うことができる。基板６０は、半絶縁性の基体でよく、高い抵抗率（例えば１０^５Ωｃｍを超える抵抗率等）を有し得る。なお、基板６０はｎ型であってもよい。

基板６０の上方にコレクタ層４２が形成される。コレクタ層４２は、例えば２００ｎｍ～１００μｍ、さらに好ましくは４００ｎｍ～２０μｍの厚さを有している。コレクタ層４２は、コランダム構造を有するｎ型酸化物半導体を主成分として含むのが好ましく、該ｎ型酸化物半導体が、周期律表の第２族金属（例えばＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等）、第９族金属（例えばＣｏ、Ｒｈ、Ｉｒ等）又は第１３族金属（例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ等）を含む酸化物半導体を主成分とするのがより好ましく、アルミニウム、インジウム及びガリウムから選ばれる１種又は２種以上の金属を含むのが更により好ましく、酸化ガリウム又はその混晶であるのが最も好ましい。ここで、「主成分」は前記した「主成分」と同様である。また、本実施の形態において、前記ｎ型酸化物半導体中のドーパント（例えば、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン等）の濃度は、通常、約１×１０^１６／ｃｍ^３～１×１０^２２／ｃｍ^３であるが、例えば約１×１０^１７／ｃｍ^３以下の低濃度にして、ｎ－型半導体とすることができる。また、本発明によれば、約１×１０^２０／ｃｍ^３以上の高濃度で含有させて、ｎ＋型半導体とすることもできる。

本実施の形態では、特に基板６０が半絶縁性である場合、コレクタ層４２と基板６０の間にサブコレクタ層４０を形成してもよい。サブコレクタ層４０は、コランダム構造を有するｎ＋型酸化物半導体を主成分として含むのが好ましく、該ｎ＋型酸化物半導体が、周期律表の第１３族金属（例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ等）を含む酸化物半導体を主成分とするのがより好ましく、アルミニウム、インジウム及びガリウムから選ばれる１種又は２種以上の金属を含むのが更により好ましく、酸化ガリウム又はその混晶であるのが最も好ましい。ここで、「主成分」は前記した「主成分」と同様である。サブコレクタ層４０の厚さは、約０．１～１００μｍであるのが好ましい。サブコレクタ層４０の表面上には、コレクタ電極５２が形成される。サブコレクタ層４０の目的は、オーム性コレクタ電極５２の性能を向上させることにある。なお、サブコレクタ層４０は、基板６０が導電性である場合には、省略することができる。

コレクタ層４２上にベース層４４が形成される。ベース層４４は、通常、本発明のｐ型酸化物半導体を主成分として含んでさえいれば特に限定されない。ベース層４４の厚さは、特に限定されないが、１０ｎｍ～１０μｍが好ましく、１０ｎｍ～１μｍがより好ましい。ベース層４４は、コレクタ層の接触部から、ベース層４４の上面付近まで徐々に変化させることも好ましい。また、別の態様として、ベース層４４の上面に超格子を堆積することもできる。

ベース層４４上にエミッタ層４６が形成される。エミッタ層４６は、コランダム構造を有するｎ型酸化物半導体を主成分として含むのが好ましく、該ｎ型酸化物半導体が、周期律表の第１３族金属（例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ等）を含む酸化物半導体を主成分とするのがより好ましく、アルミニウム、インジウム及びガリウムから選ばれる１種又は２種以上の金属を含むのが更により好ましく、酸化ガリウム又はその混晶であるのが最も好ましい。ここで、「主成分」は前記した「主成分」と同様である。なお、エミッタ層４６の厚さは、特に限定されないが、１０ｎｍ～１００μｍが好ましい。エミッタ層４６は、通常、ベース層４４より広いバンドギャップを有する。エミッタ層４６は、任意にエミッタ層４６の組成を、ベース層４４との接触部から、エミッタ層４６の上面付近まで徐々に変化させることも好ましい。

エミッタ層４６上にキャップ層４８が形成されているのが好ましい。キャップ層４８はコランダム構造を有するｎ＋型酸化物半導体が好ましく、アルミニウム、インジウム及びガリウムから選ばれる１種又は２種以上の金属を含むｎ＋型酸化物半導体がより好ましく、ｎ＋型ドープ酸化ガリウム又はその混晶が最も好ましい。なお、厚さは、特に限定されないが、１０ｎｍ～１００μｍが好ましい。これらの層に例えばエッチング等を施してベース層４４を露出させると共に、上向きのコレクタ電極を設ける場合には、例えばエッチング等でさらに深いスルーホールをつくることでサブコレクタ層４０を露出させることができる。

コレクタ電極５２、ベース電極５４及びエミッタ電極５６の各電極は、好ましくはオーム性金属電極である。エミッタ電極５６はキャップ層４８上に堆積され、ベース電極５４は例えばエッチング等で露出させたベース層４４上に堆積される。コレクタ電極５２は上述のようにサブコレクタ層４０上に堆積される。別の実施形態としては、基板がｎ型の半導体等である場合には、通常、デバイス構造と反対側にある基板６０の背面上にコレクタ電極（図示せず）が設けられる。

各電極の材料は、特に限定されず、それぞれ公知の電極材料を用いることができる。電極用の好適な組成物としては、公知のオーミック電極材料（例えばＮｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ及びこれらの積層体等）が挙げられる。各電極ｍの厚さは、特に限定されないが、約１０～約１００μｍの厚さが好ましく、各電極の堆積は電子ビーム蒸着、熱蒸着、スパッタリング又は他の技術で実現することができる。なお、各電極材料の堆積後、オーム接触を達成するため、アニール処理してもよい。アニール温度は、特に限定されないが、約３００～１０００℃が好ましい。
なお、ｐｎｐ ＨＢＴは、ｐｎｐ ＨＢＴのｐ型層をｎｐｎ ＨＢＴのｎ型層で置換すると共に、その逆も行うことで形成できる。

本発明においては、前記ｐ型酸化物半導体膜を下記（１）～（３）の半導体装置に用いるのが好ましい。

（１）ｐ型チャネル層を含む半導体装置
半導体装置（１）は、ゲート電極と該ゲート電極の側壁に直接または他の層を介して、チャネルの形成されるチャネル層とを少なくとも備える半導体装置であって、前記チャネル層の一部または全部が、ｐ型酸化物半導体を主成分として含むことを特長とする。前記チャネル層は、チャネルが形成されるものであれば、特に限定されず、半導体層の一部分であってもよいし、全部分であってもよい。他の半導体層にわたって形成されていてもよい。ｐ型半導体層に前記ｐ型酸化物半導体膜を使うことによって、イオン注入等をしなくても、例えば、ＳｉＣよりはるかに絶縁破壊電界強度が高い高電圧で低損失のｎ型半導体（例えば、酸化ガリウム等）の半導体特性を損うことなく半導体装置に用いることができる。

なお、半導体装置（１）は、さらに、ＳＢＤを内蔵しているのが好ましい。ＳＢＤを内蔵することにより、オン電圧を低減し、フリーホイール電流を流しやすくすることができるため、工業的有利により優れた半導体特性を得ることができる。

（２）ｐウェル層を含む半導体装置
半導体装置（２）は、ｎ型半導体層とｐ＋型半導体層とを少なくとも備える半導体装置であって、ｎ型半導体層が、周期律表第１３族金属を含有する結晶性酸化物半導体を主成分として含み、ｐ＋型半導体層が、前記ｐ型酸化物半導体膜を主成分として含むことを特長とする。前記ｐ型酸化物半導体膜は、ｐウェル層に好適に用いることが可能である。

（３）電界シールド層を含む半導体装置
半導体装置（３）は、コランダム構造を有する結晶性酸化物半導体を主成分として含むｎ型半導体層と、該ｎ型半導体層上に直接または他の層を介してそれぞれ積層されている電界シールド層およびゲート電極とを少なくとも備える半導体装置であって、前記電界シールド層が、ｐ型酸化物半導体を含み、前記ゲート電極よりも深くｎ型半導体層に埋め込まれていることを特長とする。このようにして電界シールド層を設けることにより、逆方向のリーク電流を低減することができる。

上記（１）～（３）が含まれる半導体装置の一例を図１３に示す。図１３の半導体装置は、第１のｎ＋型半導体層１１ａ、ｎ－型半導体層１２、ｐ型半導体層１３、第２のｎ＋型半導体層１１ｂ、ｐ＋型半導体層１６、ゲート電極１４ａ、ゲート絶縁膜１５、ショットキー電極１４ｂおよびドレイン電極１４ｃを備えている。図１３の半導体装置のオン状態では、前記ソース電極１４ｂと前記ドレイン電極１４ｃとの間に電圧を印加し、前記ゲート電極１４ａに前記ソース電極１４ｂに対して正の電荷を与えると、前記ｐ型半導体層１３とゲート絶縁膜１４ａとの界面にチャネルが形成され、ターンオンする。オフ状態は、前記ゲート電極１４ａの電圧を０Ｖにすることにより、チャネルができなくなり、ターンオフする。また、図１３の半導体装置は、ｐ型半導体層１３が、ゲート電極１４ａよりも深くｎ－型半導体層１２に埋め込まれている。このような構成とすることにより、逆方向のリーク電流を低減し、耐圧を向上させることができる。

図１３の半導体装置の各層の形成方法は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知の方法であってよい。例えば、真空蒸着法やＣＶＤ法、スパッタ法、各種コーティング技術等により成膜した後、フォトリソグラフィー法によりパターニングする方法、または印刷技術などを用いて直接パターニングを行う方法などが挙げられる。
なお、図１３の半導体装置において、第２のｎ＋型半導体層１１ｂとｐ＋型半導体層１６とが前記ソース電極１４ｂを介して連設されているが、前記ソース電極１４ｂを介さずに直接第２のｎ＋型半導体層１１ｂとｐ＋型半導体層１６とが連設されていてもよい。図示しないが、第２のｎ＋型半導体層１１ｂとｐ＋型半導体層１６とが直接連設されている場合、第２のｎ＋型半導体層１１ｂよりもｐ＋型半導体層１６を広くすると、ホール抜けが良くなるという効果を奏する。また、ｐ＋型半導体層１６よりも第２のｎ＋型半導体層１１ｂを広くすると、オン抵抗を下げるという効果を奏する。

前記半導体装置は、とりわけ、パワーデバイスに有用である。前記半導体装置としては、例えば、ダイオード（ＳＢＤなど）またはトランジスタ（例えば、ＭＯＳＦＥＴまたはＪＦＥＴ等）などが挙げられるが、ＳＢＤ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴまたはＪＦＥＴがより好ましく、ＭＯＳＦＥＴまたはＪＦＥＴが最も好ましい。また、前記半導体装置は、シリコン基板と、前記シリコン基板上に形成された埋め込み絶縁層とを有するＳＯＩ構造またはサファイア基板と、前記サファイア基板上に形成されたシリコン層とを有するＳＯＳ構造を含むのも好ましく、より高温での動作を実現することができる。

本発明の半導体装置は、上記した事項に加え、さらに公知の方法を用いて、パワーモジュール、インバータまたはコンバータとして好適に用いられ、さらには、例えば電源装置を用いた半導体システム等に好適に用いられる。前記電源装置は、公知の方法を用いて、前記半導体装置を配線パターン等に接続するなどして作製することができる。図９に電源システムの例を示す。図９は、複数の前記電源装置１７１、１７２と制御回路１７３を用いて電源システム１７０を構成している。前記電源システム１７０は、図１０に示すように、電子回路１８１と組み合わせてシステム装置１８２に用いることができる。なお、電源装置の電源回路図の一例を図１１に示す。図１１は、パワー回路と制御回路からなる電源装置の電源回路を示しており、インバータ１９（ＭＯＳＦＥＴＡ～Ｄで構成）によりＤＣ電圧を高周波でスイッチングしＡＣへ変換後、トランス１９３で絶縁及び変圧を実施し、整流ＭＯＳＦＥＴで整流後、ＤＣＬ１９５（平滑用コイルＬ１，Ｌ２）とコンデンサにて平滑し、直流電圧を出力する。この時に電圧比較器１９７で出力電圧を基準電圧と比較し、所望の出力電圧となるようＰＷＭ制御回路１９６でインバータ１９２及び整流ＭＯＳＦＥＴ１９４を制御する。

（実施例１）
１．成膜装置
図１を用いて、実施例で用いたミストＣＶＤ装置を説明する。ミストＣＶＤ装置１９は、基体２０を載置するサセプタ２１と、キャリアガスを供給するキャリアガス供給装置２２ａと、キャリアガス供給装置２２ａから送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁２３ａと、キャリアガス（希釈）を供給するキャリアガス（希釈）供給装置２２ｂと、キャリアガス（希釈）供給装置２２ｂから送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁２３ｂと、原料溶液２４ａが収容されるミスト発生源２４と、水２５ａが入れられる容器２５と、容器２５の底面に取り付けられた超音波振動子２６と、内径４０ｍｍの石英管からなる供給管２７と、供給管２７の周辺部に設置されたヒーター２８とを備えている。サセプタ２１は、石英からなり、基体２０を載置する面が水平面から傾斜している。成膜室となる供給管２７とサセプタ２１をどちらも石英で作製することにより、基体２０上に形成される膜内に装置由来の不純物が混入することを抑制している。なお、本発明の実施例において、ｃ面サファイア基板上にバッファ層としてα―Ｇａ_２Ｏ_３を形成したものを基体２０として用いた。

２．原料溶液の作製
イリジウムアセチルアセトナート（イリジウム（Ｉｒ）濃度０．００１ｍｏｌ／Ｌ）水溶液に塩酸を体積比０．０３％となるように加えた溶液と、ガリウムアセチルアセトナート（ガリウム（Ｇａ）濃度０．００１ｍｏｌ／Ｌ）水溶液に塩酸を体積比２％となるように加えた溶液とを混合して水溶液を調整し、これを原料溶液とした。本実施例では、マグネシウム（Ｍｇ）の有機金属塩を含む溶液（Ｍｇ濃度０．０５ｍｏｌ／Ｌ）を、前記原料溶液中におけるＭｇの原子比が、ＩｒおよびＧａの合計の原子比に対して０．７５％になるよう混合し、前記原料溶液中のＩｒおよびＧａの合計の原子比に対するＧａの原子比を５０％とした。なお、試験例として、マグネシウム（Ｍｇ）の有機金属塩を含む前記溶液（Ｍｇ濃度０．０５ｍｏｌ／Ｌ）を、前記原料溶液に混合しなかったこと以外は上記１．２．および下記３．４．と同じ条件で成膜して、得られた膜について、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定およびＸＰＳ測定により膜の同定を行った。得られた膜はコランダム構造を有する酸化イリジウムガリウム膜α―（Ｉｒ_０．４３Ｇａ_０．５７）_２Ｏ_３であった。

３．成膜準備
上記２．で得られた原料溶液２４ａをミスト発生源２４内に収容した。次に、基板２０として、サセプタ２１上に基体２０を設置し、ヒーター２８の温度を６００℃に設定した。次に、流量調節弁２３ａ、２３ｂを開いて、キャリアガス源であるキャリアガス供給装置２２ａ、２２ｂからキャリアガスを供給管２７内に供給し、供給管２７内の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量を５．０Ｌ／分に、キャリアガス（希釈）の流量を０．５Ｌ／分にそれぞれ調節した。なお、キャリアガスとして酸素を用いた。

４．膜形成
次に、超音波振動子を振動させ、その振動を、水２５を通じて原料溶液２４ａに伝播させることによって、原料溶液２４ａを霧化させて霧化液滴を生成させた。この霧化液滴が、キャリアガスによって、供給管２７に搬送され、大気圧下、６００℃にて、基板２０表面近傍で霧化液滴が熱反応して基板２０上に膜が形成された。成膜時間を６０分とした。

上記４．にて得られた膜について、Ｘ線回折測定およびＸＰＳ測定により膜の同定を行ったところ、得られた膜は、コランダム構造を有する酸化イリジウムガリウム膜（Ｍｇドープ）で、ＩｒとＧａの比率は、上記の試験例で、マグネシウム（Ｍｇ）を含まない条件で得られた酸化イリジウムガリウム膜と同等であった。また、ホール効果測定を行ったところ、キャリアタイプは「ｐ」であり、ホールキャリア密度は、９．８５×１０^１８（ｃｍ^－３）で、移動度は６．２１×１０^－１（ｃｍ^２／Ｖｓ）であった。また、分光透過率測定により、バンドギャップは４．１ｅＶであることが分かった。
（実施例２）

原料溶液中のＭｇの原子比を、ＩｒおよびＧａの合計の原子比に対して、０．５％、１％、３％、５％になるよう混合し、上記１～４と同様にして膜を得て、ＸＲＤ測定を行った。なお、参考としてＭｇ０％の場合の結果も示す。図１４に示すとおり、Ｍｇドープして混晶を作成した場合でも、他相や他のドメインの混入がなく、良質なコランダム構造を有する酸化イリジウムガリウム膜が得られることを確認した。

本発明の実施態様におけるｐ型酸化物半導体膜は、半導体（例えば化合物半導体電子デバイス等）、電子部品・電気機器部品、光学・電子写真関連装置、工業部材などあらゆる分野に用いることができるが、ｐ型の半導体特性に優れているため、特に、半導体装置等に有用である。

１ 成膜装置
２ 石英筒
３ ヒーター
４ 原料設置台
５ 原料
６ 基板
７ サセプタ
１１ａ 第１のｎ＋型半導体層
１１ｂ 第２のｎ＋型半導体層
１２ ｎ－型半導体層
１３ ｐ型半導体層
１４ａ ゲート電極
１４ｂ ソース電極
１４ｃ ドレイン電極
１５ ゲート絶縁膜
１６ ｐ＋型半導体層
１９ ミストＣＶＤ装置
２０ 基板
２１ サセプタ
２２ａ キャリアガス供給装置
２２ｂ キャリアガス（希釈）供給装置
２３ａ 流量調節弁
２３ｂ 流量調節弁
２４ ミスト発生源
２４ａ 原料溶液
２５ 容器
２５ａ 水
２６ 超音波振動子
２７ 供給管
２７ａ 供給管（原料側）
２７ｂ 供給管（基板側）
２８ ヒーター
２９ 排気口
４０ サブコレクタ層
４２ コレクタ層
４４ ベース層
４６ エミッタ層
４８ キャップ層
５２ コレクタ電極
５４ ベース電極
５６ エミッタ電極
６０ 基板
７０ トレンチ
７０ａ トレンチの側面
７０b トレンチの底面
７０c トレンチの円弧部
１０１ａ ｎ－型半導体層
１０１ｂ ｎ＋型半導体層
１０２ ｐ型半導体層
１０３ 金属層
１０４ 絶縁体層
１０５ａ ショットキー電極
１０５ｂ オーミック電極
１２１ａ バンドギャップの広いｎ型半導体層
１２１ｂ バンドギャップの狭いｎ型半導体層
１２１ｃ ｎ＋型半導体層
１２３ ｐ型半導体層
１２５ａ ゲート電極
１２５ｂ ソース電極
１２５ｃ ドレイン電極
１２８ 緩衝層
１２９ 基板
１３１ａ ｎ－型半導体層
１３１ｂ 第１のｎ＋型半導体層
１３１ｃ 第２のｎ＋型半導体層
１３２ ｐ型半導体層
１３４ ゲート絶縁膜
１３５ａ ゲート電極
１３５ｂ ソース電極
１３５ｃ ドレイン電極
１３８ 緩衝層
１３９ 半絶縁体層
１４１ａ ｎ－型半導体層
１４１ｂ 第１のｎ＋型半導体層
１４１ｃ 第２のｎ＋型半導体層
１４２ ｐ型半導体層
１４５ａ ゲート電極
１４５ｂ ソース電極
１４５ｃ ドレイン電極
１５１ ｎ型半導体層
１５１ａ ｎ－型半導体層
１５１ｂ ｎ＋型半導体層
１５２ ｐ型半導体層
１５４ ゲート絶縁膜
１５５ａ ゲート電極
１５５ｂ エミッタ電極
１５５ｃ コレクタ電極
１６１ ｎ型半導体層
１６２ ｐ型半導体層
１６３ 発光層
１６５ａ 第１の電極
１６５ｂ 第２の電極
１６７ 透光性電極
１６９ 基板
１７０ 電源システム
１７１ 電源装置
１７２ 電源装置
１７３ 制御回路
１８０ システム装置
１８１ 電子回路
１８２ 電源システム
１９２ インバータ
１９３ トランス
１９４ ＭＯＳＦＥＴ
１９５ ＤＣＬ
１９６ ＰＷＭ制御回路
１９７ 電圧比較器

Claims (16)

1. イリジウムと、周期律表の第１３族の金属から選択される少なくとも1つの金属とを含有する金属酸化物を主成分として含み、さらにドーパントを含有し、ホールキャリア密度が１．０×１０^１９／ｃｍ^３以下である、ｐ型酸化物半導体。
2. コランダム構造を有する、請求項１記載のｐ型酸化物半導体。
3. 前記周期律表の第１３族から選択される少なくとも１つの金属は、原子比で、イリジウムよりも多い、請求項１または２に記載のｐ型酸化物半導体。
4. 前記周期律表の第１３族から選択される少なくとも１つの金属は、前記金属酸化物中に含まれる全ての金属において、原子比で、５０％以上である、請求項１または２に記載のｐ型酸化物半導体。
5. ３．４ ｅＶ以上のバンドギャップを有する、請求項１～４記載のｐ型酸化物半導体。
6. 膜形状を有している、請求項１～５のいずれかに記載のｐ型酸化物半導体。
7. 請求項１～６のいずれかに記載のｐ型酸化物半導体と、前記ｐ型酸化物半導体に少なくとも一部が接触して配置されているｎ型酸化物半導体と、を少なくとも有する半導体装置。
8. 前記ｎ型酸化物半導体がコランダム構造を有する、請求項７記載の半導体装置。
9. 前記ｎ型酸化物半導体が、ｎ－型酸化物半導体である、請求項７または８に記載の半導体装置。
10. 請求項１～６のいずれかに記載のｐ型酸化物半導体と、前記ｐ型酸化物半導体に少なくとも一部が接触して配置されている第１のｎ型酸化物半導体と、前記第１のｎ型酸化物半導体に少なくとも一部が接触して配置されている第２のｎ型酸化物半導体と、を少なくとも有する、半導体装置。
11. 前記第１のｎ型酸化物半導体がコランダム構造を有し、前記第２のｎ型酸化物半導体がコランダム構造を有する、請求項１０記載の半導体装置。
12. ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）、ジャンクションバリアショットキーダイオード（ＪＢＳ）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ（、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）ＩＧＢＴおよび接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）から選択される1つである請求項７～１１のいずれかに記載の半導体装置。
13. シリコン基板と、前記シリコン基板上に形成された埋め込み絶縁層とを有するＳＯＩ構造をさらに含む、請求項７～１２のいずれかに記載の半導体装置。
14. パワーデバイスである請求項７～１３のいずれかに記載の半導体装置。
15. パワーモジュール、インバータまたはコンバータである請求項７～１４のいずれかに記載の半導体装置。
16. 半導体装置を備える半導体システムであって、前記半導体装置が、請求項７～１５のいずれかに記載の半導体装置である半導体システム。
    
    
    

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