JP2022187480A - Semiconductor device - Google Patents

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満 沖川
Mitsuru Okikawa
富士雄 奥井
Fujio Okui
安史 樋口
Yasushi Higuchi
耕史 雨堤
Koji Amazutsumi
英高 柴田
Hidetaka Shibata
勇次 加藤
Yuji Kato
睦 寺井
Mutsumi Terai
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Abstract

To provide a semiconductor device with reduced leakage current, especially useful for a power device.SOLUTION: A semiconductor device has at least an n+ type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer disposed on the n+ type semiconductor layer, a high resistivity layer at least partially embedded in the n-type semiconductor layer, and a Schottky electrode forming a Schottky junction with the n-type semiconductor layer, and the n+ type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer each contain a crystalline oxide semiconductor as a major component, the distance between the bottom surface of said high-resistance layer and the top surface of the n+ type semiconductor layer is less than 1.5 μm, and the edge of the Schottky electrode is located above the high-resistance layer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、パワーデバイス等として有用な半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device useful as a power device or the like.

酸化ガリウム(Ga)は、室温において4.8-5.3eVという広いバンドギャップを持ち、可視光及び紫外光をほとんど吸収しない透明半導体である。そのため、特に、深紫外光線領域で動作する光・電子デバイスや透明エレクトロニクスにおいて使用するための有望な材料であり、近年においては、酸化ガリウム(Ga)を基にした、光検知器、発光ダイオード(LED)及びトランジスタの開発が行われている(非特許文献1参照)。当該酸化ガリウムは特許文献3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と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InAlGa(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。 Gallium oxide (Ga 2 O 3 ) is a transparent semiconductor that has a wide bandgap of 4.8-5.3 eV at room temperature and hardly absorbs visible and ultraviolet light. It is therefore a particularly promising material for use in opto - electronic devices and transparent electronics operating in the deep UV region. Light-emitting diodes (LEDs) and transistors have been developed (see Non-Patent Document 1). According to Patent Document 3, the gallium oxide can control the bandgap by forming a mixed crystal of indium and aluminum, respectively, or in combination, and constitutes an extremely attractive material system as an InAlGaO-based semiconductor. . Here, the InAlGaO-based semiconductor indicates InXAlYGaZO3 ( 0≦ X ≦2, 0≦ Y ≦2, 0≦Z≦2, X+Y+Z=1.5 to 2.5), and gallium oxide. It can be viewed from a bird's-eye view as the same material system that is included.

また、酸化ガリウム(Ga)には、α、β、γ、σ、εの5つの結晶構造が存在し、一般的に最も安定な構造は、β-Gaである。しかしながら、β-Gaはβガリア構造であるので、一般に電子材料等で利用する結晶系とは異なり、半導体装置への利用は必ずしも好適ではない。また、β-Ga薄膜の成長は高い基板温度や高い真空度を必要とするので、製造コストも増大するといった問題もある。また、非特許文献2にも記載されているように、β-Gaでは、高濃度(例えば1×1019/cm以上)のドーパント(Si)でさえも、イオン注入後、800℃~1100℃の高温にてアニール処理を施さなければドナーとして使えなかった。
一方、α-Gaは、既に汎用されているサファイア基板と同じ結晶構造を有するため、光・電子デバイスへの利用には好適であり、さらに、β-Gaよりも広いバンドギャップをもつため、パワーデバイスに特に有用であり、そのため、α-Gaを半導体として用いた半導体装置が待ち望まれている状況である。
Gallium oxide (Ga 2 O 3 ) has five crystal structures α, β, γ, σ, and ε, and generally the most stable structure is β-Ga 2 O 3 . However, since β-Ga 2 O 3 has a β-Gallic structure, it is not necessarily suitable for use in semiconductor devices, unlike crystal systems generally used in electronic materials and the like. In addition, since the growth of the β-Ga 2 O 3 thin film requires a high substrate temperature and a high degree of vacuum, there is also the problem of increased manufacturing costs. In addition, as described in Non-Patent Document 2, in β-Ga 2 O 3 , even a high concentration (for example, 1×10 19 /cm 3 or more) of dopant (Si) is 800% after ion implantation. C. to 1100.degree. C., it could not be used as a donor without annealing.
On the other hand, α-Ga 2 O 3 has the same crystal structure as the sapphire substrate that has already been widely used, so it is suitable for use in optoelectronic devices, and has a wider band than β-Ga 2 O 3 . Since it has a gap, it is particularly useful for power devices. Therefore, semiconductor devices using α-Ga 2 O 3 as a semiconductor are eagerly awaited.

特許文献1には、酸化ガリウムからなる半導体基板と、前記半導体基板上に設けられた酸化ガリウムからなるドリフト層と、前記ドリフト層とショットキー接触するアノード電極と、前記半導体基板とオーミック接触するカソード 電極とを備え、前記ドリフト層は、平面視で前記アノード電極を囲む位置に設けられた外周トレンチを有するショットキーバリアダイオードが開示されている。また、特許文献2には、Mg及びイオン注入ダメージを含み、厚さが750nm以下であるGa系高抵抗結晶層と、前記Ga系高抵抗結晶層よりも前記Mgの濃度が低く、前記Mgの濃度が深さ方向に傾斜している、前記Ga系高抵抗結晶層下の100nm以上の厚さの不純物濃度傾斜層と、を有する結晶積層構造体が開示されている。
しかしながら、特許文献1および2に記載に記載の半導体装置は、ショットキー電極端部付近またはショットキー電極と高抵抗結晶層との界面におけるリーク電流が問題となっており、半導体装置として実用上満足できるようなものを得ることができていなかった。
Patent Document 1 discloses a semiconductor substrate made of gallium oxide, a drift layer made of gallium oxide provided on the semiconductor substrate, an anode electrode in Schottky contact with the drift layer, and a cathode in ohmic contact with the semiconductor substrate. electrodes, and the drift layer has a peripheral trench provided at a position surrounding the anode electrode in plan view. Further, Patent Document 2 describes a Ga 2 O 3 -based high-resistance crystal layer having a thickness of 750 nm or less including Mg and ion implantation damage, and a Mg concentration higher than that of the Ga 2 O 3 -based high-resistance crystal layer. and an impurity concentration gradient layer with a thickness of 100 nm or more under the Ga 2 O 3 -based high resistance crystal layer in which the Mg concentration is low and the Mg concentration is graded in the depth direction. ing.
However, the semiconductor devices described in Patent Documents 1 and 2 have a problem of leakage current near the end of the Schottky electrode or at the interface between the Schottky electrode and the high resistance crystal layer, and are practically satisfactory as a semiconductor device. I couldn't get what I could.

特開2019-050290号公報JP 2019-050290 A 特許第6344718号公報Japanese Patent No. 6344718 国際公開第2014/050793号WO2014/050793

Jun Liang Zhao et al, “UV and Visible Electroluminescence From a Sn:Ga2O3/n+-Si Heterojunction by Metal-Organic Chemical Vapor Deposition”,IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. 58, NO.5 MAY 2011Jun Liang Zhao et al, “UV and Visible Electroluminescence From a Sn:Ga2O3/n+-Si Heterojunction by Metal-Organic Chemical Vapor Deposition”, IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL.58, NO.5 MAY 2011 Kohei Sasaki et al, “Si-Ion Implantation Doping in β-Ga2O3 an d Its Application to Fabrication of Low-Resistance Ohmic Contacts”, Applied Physics Express 6 (2013) 086502Kohei Sasaki et al, “Si-Ion Implantation Doping in β-Ga2O3 and Its Application to Fabrication of Low-Resistance Ohmic Contacts”, Applied Physics Express 6 (2013) 086502

本発明は、リーク電流が抑制された半導体装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device in which leak current is suppressed.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、n+型半導体層、該n+型半導体層上に配置されているn-型半導体層、該n-型半導体層中に少なくとも一部が埋め込まれている高抵抗層、およびショットキー電極を少なくとも備える半導体装置であって、前記n+型半導体層および前記n-型半導体層がそれぞれ結晶性酸化物半導体を主成分として含み、前記高抵抗層の底面と前記n+型半導体層の上面との距離が、1.5μm未満であり、前記ショットキー電極の端部が前記高抵抗上に位置していることを特徴とする半導体装置が、リーク電流を低減することができることを見出し、このようにして得られた半導体装置が、上記した従来の問題を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、上記知見を得た後、さらに検討を重ねて本発明を完成させるに至った。
As a result of intensive studies aimed at achieving the above object, the present inventors have found that an n + -type semiconductor layer, an n - -type semiconductor layer disposed on the n + -type semiconductor layer, at least a portion of the n - -type semiconductor layer and a Schottky electrode, wherein the n+ type semiconductor layer and the n− type semiconductor layer each contain a crystalline oxide semiconductor as a main component, and the high resistance The distance between the bottom surface of the layer and the top surface of the n + -type semiconductor layer is less than 1.5 μm, and the end of the Schottky electrode is located on the high resistance semiconductor device, We have found that the current can be reduced, and that the semiconductor device thus obtained can solve the above-described conventional problems.
Moreover, after obtaining the above knowledge, the inventors of the present invention completed the present invention through further studies.

すなわち、本発明は、以下の発明に関する。
[1] n+型半導体層、該n+型半導体層上に配置されているn-型半導体層、該n-型半導体層中に少なくとも一部が埋め込まれている高抵抗層、および前記n-型半導体層とショットキー接合を形成するショットキー電極を少なくとも備える半導体装置であって、
前記n+型半導体層および前記n-型半導体層がそれぞれ結晶性酸化物半導体を主成分として含み、前記高抵抗層の底面と前記n+型半導体層の上面との距離が、1.5μm未満であることを特徴とする半導体装置。
[2] 前記結晶性酸化物半導体が、アルミニウム、インジウムおよびガリウムから選ばれる1種または2種以上の金属を含む前記[1]記載の半導体装置。
[3] 前記結晶性酸化物半導体が、少なくともガリウムを含む前記[1]または[2]に記載の半導体装置。
[4] 前記結晶性酸化物半導体が、コランダム構造またはβガリア構造を有する前記[1]~[3]のいずれかに記載の半導体装置。
[5] 前記高抵抗層の底面と前記n+型半導体層の上面との距離が、1.0μm以下である前記[1]~[4]のいずれかに記載の半導体装置。
[6] 前記高抵抗層の底面が前記n+型半導体層の上面と同じ高さであるか、または前記n+型半導体層の上面よりも下側に位置する前記[1]~[5]のいずれかに記載の半導体装置。
[7] 前記高抵抗層がSiOを含む前記[1]~[6]のいずれかに記載の半導体装置。
[8] さらに、前記n-型半導体層上に形成されている絶縁体層を有し、前記ショットキー電極の端部が前記絶縁体層上に位置している前記[1]~[7]のいずれかに記載の半導体装置。
[9] 前記高抵抗層が前記半導体装置の内側に位置する第1の領域と、前記半導体装置の外側に位置する第2の領域とを有し、前記第1の領域の底面と前記n+型半導体層の上面との距離が、1.5μm未満であり、前記第2の領域の底面が前記第1の領域の底面よりも上側に位置している前記[1]~[8]のいずれかに記載の半導体装置。
[10] 前記ショットキー電極の外端部と前記n-半導体層表面の少なくとも一部とを覆うパッシベーション膜をさらに有する前記[1]~[9]のいずれかに記載の半導体装置。
[11] ダイオードである前記[1]~[10]のいずれかに記載の半導体装置。
[12] パワーデバイスである前記[1]~[11]のいずかに記載の半導体装置。
[13] 前記[1]~[12]のいずれかに記載の半導体装置を用いた電力変換装置。
[14] 前記[1]~[12]のいずれかに記載の半導体装置を用いた制御システム。
Specifically, the present invention relates to the following inventions.
[1] an n+ type semiconductor layer, an n− type semiconductor layer disposed on the n+ type semiconductor layer, a high resistance layer at least partially embedded in the n− type semiconductor layer, and the n− type A semiconductor device comprising at least a Schottky electrode forming a Schottky junction with a semiconductor layer,
The n+ type semiconductor layer and the n− type semiconductor layer each contain a crystalline oxide semiconductor as a main component, and the distance between the bottom surface of the high resistance layer and the top surface of the n+ type semiconductor layer is less than 1.5 μm. A semiconductor device characterized by:
[2] The semiconductor device according to [1], wherein the crystalline oxide semiconductor contains one or more metals selected from aluminum, indium and gallium.
[3] The semiconductor device according to [1] or [2], wherein the crystalline oxide semiconductor contains at least gallium.
[4] The semiconductor device according to any one of [1] to [3], wherein the crystalline oxide semiconductor has a corundum structure or a β-gallia structure.
[5] The semiconductor device according to any one of [1] to [4], wherein the distance between the bottom surface of the high resistance layer and the top surface of the n + -type semiconductor layer is 1.0 μm or less.
[6] any of the above [1] to [5], wherein the bottom surface of the high resistance layer is at the same height as the top surface of the n + -type semiconductor layer, or located below the top surface of the n + -type semiconductor layer; 1. The semiconductor device according to claim 1.
[7] The semiconductor device according to any one of [1] to [6], wherein the high resistance layer contains SiO 2 .
[8] The above [1] to [7], further comprising an insulator layer formed on the n-type semiconductor layer, and an end portion of the Schottky electrode is located on the insulator layer. The semiconductor device according to any one of 1.
[9] The high resistance layer has a first region located inside the semiconductor device and a second region located outside the semiconductor device, and the bottom surface of the first region and the n + -type Any one of the above [1] to [8], wherein the distance from the top surface of the semiconductor layer is less than 1.5 μm, and the bottom surface of the second region is located above the bottom surface of the first region. The semiconductor device according to .
[10] The semiconductor device according to any one of [1] to [9], further comprising a passivation film covering the outer edge of the Schottky electrode and at least part of the surface of the n− semiconductor layer.
[11] The semiconductor device according to any one of [1] to [10], which is a diode.
[12] The semiconductor device according to any one of [1] to [11], which is a power device.
[13] A power converter using the semiconductor device according to any one of [1] to [12].
[14] A control system using the semiconductor device according to any one of [1] to [12].

本発明によれば、半導体装置のリーク電流を抑制することができる。 According to the present invention, leak current in a semiconductor device can be suppressed.

本発明の実施態様にかかるショットキーバリアダイオード(SBD)を模式的に示す図である。1 is a diagram schematically showing a Schottky barrier diode (SBD) according to an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施態様にかかるショットキーバリアダイオード(SBD)の好適な製造工程を模式的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing a preferred manufacturing process of a Schottky barrier diode (SBD) according to an embodiment of the invention; 本発明の実施態様にかかるショットキーバリアダイオード(SBD)を模式的に示す図である。1 is a diagram schematically showing a Schottky barrier diode (SBD) according to an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施態様にかかるショットキーバリアダイオード(SBD)を模式的に示す図である。1 is a diagram schematically showing a Schottky barrier diode (SBD) according to an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施態様において用いられるミストCVD装置の構成図である。1 is a configuration diagram of a mist CVD apparatus used in an embodiment of the present invention; FIG. 実施例および比較例におけるシミュレーション結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing simulation results in an example and a comparative example; 実施例および比較例におけるシミュレーション結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing simulation results in an example and a comparative example; 本発明の実施態様にかかる半導体装置を採用した制御システムの一例を示すブロック構成図である。1 is a block configuration diagram showing an example of a control system employing a semiconductor device according to an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施態様にかかる半導体装置を採用した制御システムの一例を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing an example of a control system employing a semiconductor device according to an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施態様にかかる半導体装置を採用した制御システムの一例を示すブロック構成図である。1 is a block configuration diagram showing an example of a control system employing a semiconductor device according to an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施態様にかかる半導体装置を採用した制御システムの一例を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing an example of a control system employing a semiconductor device according to an embodiment of the invention; FIG. 本発明の実施態様にかかるショットキーバリアダイオード(SBD)を模式的に示す図である。1 is a diagram schematically showing a Schottky barrier diode (SBD) according to an embodiment of the invention; FIG. 実施例における断面走査電子顕微鏡(SEM)の観察結果を示す図である。It is a figure which shows the observation result of the cross-sectional scanning electron microscope (SEM) in an Example. 比較例における断面走査電子顕微鏡(SEM)の観察結果を示す図である。It is a figure which shows the observation result of the cross-sectional scanning electron microscope (SEM) in a comparative example. 実施例および比較例におけるI-V測定の結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the results of IV measurements in Examples and Comparative Examples. 実施例におけるI-V測定の結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing results of IV measurement in Examples. 本発明の他の実施態様にかかるショットキーバリアダイオード(SBD)を模式的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing a Schottky barrier diode (SBD) according to another embodiment of the invention; 実施例におけるI-V測定の結果を示す図である。縦軸と横軸は任意単位である。FIG. 4 is a diagram showing results of IV measurement in Examples. The vertical and horizontal axes are in arbitrary units.

本発明の半導体装置は、n+型半導体層と、該n+型半導体層上に配置されているn-型半導体層、該n-型半導体層中に少なくとも一部が埋め込まれている高抵抗層、および前記n-型半導体層とショットキー接合を形成するショットキー電極を少なくとも備える半導体装置であって、前記n+型半導体層および前記n-型半導体層がそれぞれ結晶性酸化物半導体を主成分として含み、前記高抵抗層の底面と前記n+型半導体層の上面との間の距離が、1.5μm未満であることを特長とする。 A semiconductor device of the present invention comprises an n+ type semiconductor layer, an n− type semiconductor layer disposed on the n+ type semiconductor layer, a high resistance layer at least partially embedded in the n− type semiconductor layer, and at least a Schottky electrode forming a Schottky junction with the n− type semiconductor layer, wherein the n+ type semiconductor layer and the n− type semiconductor layer each contain a crystalline oxide semiconductor as a main component. and a distance between the bottom surface of the high resistance layer and the top surface of the n+ type semiconductor layer is less than 1.5 μm.

前記n+型半導体層は、前記n-型半導体層よりもキャリア密度が大きく、結晶性酸化物半導体を主成分として含む半導体層であれば、特に限定されない。前記結晶性酸化物半導体としては、例えば、アルミニウム、ガリウム、インジウム、鉄、クロム、バナジウム、チタン、ロジウム、ニッケル、コバルトおよびイリジウムから選ばれる1種または2種以上の金属を含む金属酸化物があげられる。本発明の実施態様においては、前記結晶性酸化物半導体が、アルミニウム、インジウムおよびガリウムから選ばれる少なくとも1種の金属を含有するのが好ましく、少なくともガリウムを含むのがより好ましく、α-Gaまたはその混晶であるのが最も好ましい。本発明の実施態様によれば、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半導体を用いた場合であっても、リーク電流を良好に低減させることができる。前記結晶性酸化物半導体の結晶構造も、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されない。前記結晶性酸化物半導体の結晶構造としては、例えば、コランダム構造、β-ガリア構造、六方晶構造(例えば、ε型構造等)、直方晶構造(例えばκ型構造等)、立方晶構造、または正方晶構造等が挙げられる。本発明の実施態様においては、前記結晶性酸化物半導体が、コランダム構造、β-ガリア構造または六方晶構造(例えば、ε型構造等)を有するのが好ましく、コランダム構造を有するのがより好ましい。なお、「主成分」とは、前記結晶性酸化物半導体が、原子比で、前記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、さらにより好ましくは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、前記n+型半導体層の厚さは、特に限定されず、1μm以下であってもよいし、1μm以上であってもよいが。本発明の実施態様においては、前記n+型半導体層の厚さが、1μm以上であるのが好ましく、3μm以上であるのが好ましい。前記半導体膜の平面視における面積は特に限定されないが、1mm以上であってもよいし、1mm以下であってもよいが、10mm~300cmであるのが好ましく、100mm~100cmであるのがより好ましい。また、前記+型半導体層は、通常、単結晶であるが、多結晶であってもよい。前記半導体層のキャリア密度は、ドーピング量を調節することにより、適宜設定することができる。 The n+ type semiconductor layer is not particularly limited as long as it has a higher carrier density than the n− type semiconductor layer and contains a crystalline oxide semiconductor as a main component. Examples of the crystalline oxide semiconductor include metal oxides containing one or more metals selected from aluminum, gallium, indium, iron, chromium, vanadium, titanium, rhodium, nickel, cobalt and iridium. be done. In an embodiment of the present invention, the crystalline oxide semiconductor preferably contains at least one metal selected from aluminum, indium and gallium, more preferably at least gallium, and α-Ga 2 O 3 or mixed crystals thereof are most preferred. According to the embodiments of the present invention, it is possible to satisfactorily reduce leakage current even when a semiconductor having a large bandgap such as gallium oxide or a mixed crystal thereof is used. The crystal structure of the crystalline oxide semiconductor is also not particularly limited as long as the object of the present invention is not hindered. The crystal structure of the crystalline oxide semiconductor includes, for example, a corundum structure, a β-gallia structure, a hexagonal structure (eg, ε-type structure, etc.), an orthogonal crystal structure (eg, κ-type structure, etc.), a cubic crystal structure, or A tetragonal crystal structure and the like can be mentioned. In an embodiment of the present invention, the crystalline oxide semiconductor preferably has a corundum structure, a β-gallia structure or a hexagonal crystal structure (eg, ε-type structure, etc.), and more preferably has a corundum structure. Note that the “main component” means that the crystalline oxide semiconductor accounts for preferably 50% or more, more preferably 70% or more, and even more preferably 90%, in atomic ratio, of all components of the n + -type semiconductor layer. % or more, and may be 100%. Also, the thickness of the n+ type semiconductor layer is not particularly limited, and may be 1 μm or less or 1 μm or more. In an embodiment of the present invention, the thickness of the n+ type semiconductor layer is preferably 1 μm or more, more preferably 3 μm or more. The area of the semiconductor film in plan view is not particularly limited, but may be 1 mm 2 or more or 1 mm 2 or less, preferably 10 mm 2 to 300 cm 2 , and 100 mm 2 to 100 cm 2 . is more preferable. Moreover, the +-type semiconductor layer is usually single crystal, but may be polycrystal. The carrier density of the semiconductor layer can be appropriately set by adjusting the doping amount.

前記n+型半導体層には、ドーパントが含まれているのが好ましい。前記ドーパントは、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おいては、特に、前記半導体層がガリウムを含む結晶性酸化物半導体を主成分とする場合、前記ドーパントの好適な例としては、例えば、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウムまたはニオブ等のn型ドーパントが挙げられる。本発明の実施態様においては、前記n型ドーパントが、Sn、GeまたはSiであるのが好ましい。ドーパントの含有量は、前記半導体層の組成中、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、0.00001原子%~10原子%であるのが最も好ましい。より具体的には、ドーパントの濃度は、通常、約1×1016/cm~1×1022/cmであってもよい。本発明の実施態様においては、ドーパントを約1×1020/cm以上の高濃度で含有させてもよい。本発明の実施態様においては、1×1017/cm以上のキャリア濃度で含有させるのが好ましい。 The n+ type semiconductor layer preferably contains a dopant. The dopant is not particularly limited and may be a known one. In the embodiment of the present invention, particularly when the semiconductor layer is mainly composed of a crystalline oxide semiconductor containing gallium, preferred examples of the dopant include tin, germanium, silicon, titanium, zirconium, n-type dopants such as vanadium or niobium are included. In an embodiment of the present invention, said n-type dopant is preferably Sn, Ge or Si. The content of the dopant is preferably 0.00001 atomic % or more, more preferably 0.00001 atomic % to 20 atomic %, and more preferably 0.00001 atomic % to 10 atomic % in the composition of the semiconductor layer. is most preferred. More specifically, the dopant concentration may typically be between about 1×10 16 /cm 3 and 1×10 22 /cm 3 . Embodiments of the present invention may contain dopants at high concentrations of about 1×10 20 /cm 3 or higher. In the embodiment of the present invention, it is preferable to contain the carrier concentration of 1×10 17 /cm 3 or more.

前記n-型半導体層は、前記n+型半導体層よりもキャリア密度が小さく、結晶性酸化物半導体を主成分として含む半導体層であれば、特に限定されない。前記結晶性酸化物半導体としては、例えば、アルミニウム、ガリウム、インジウム、鉄、クロム、バナジウム、チタン、ロジウム、ニッケル、コバルトおよびイリジウムから選ばれる1種または2種以上の金属を含む金属酸化物などがあげられる。本発明の実施態様においては、前記結晶性酸化物半導体が、アルミニウム、インジウムおよびガリウムから選ばれる少なくとも1種の金属を含有するのが好ましく、少なくともガリウムを含むのがより好ましく、α-Gaまたはその混晶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n+型半導体層の主成分である前記結晶性酸化物半導体と、前記n-型半導体層の主成分である前記結晶性酸化物半導体とは同じであってもよいし、異なっていてもよい。前記結晶性酸化物半導体の結晶構造も、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されない。前記結晶性酸化物半導体の結晶構造としては、例えば、コランダム構造、β-ガリア構造、六方晶構造(例えば、ε型構造等)、直方晶構造(例えばκ型構造等)、立方晶構造、または正方晶構造等が挙げられる。本発明の実施態様においては、前記結晶性酸化物半導体が、コランダム構造、β-ガリア構造または六方晶構造(例えば、ε型構造等)を有するのが好ましく、コランダム構造を有するのがより好ましい。なお、「主成分」とは、前記結晶性酸化物半導体が、原子比で、前記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、さらにより好ましくは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、前記n-型半導体層の厚さは、特に限定されず、1μm以下であってもよいし、1μm以上であってもよいが、本発明の実施態様においては、3μm以上であるのが好ましい。前記半導体膜の平面視における面積は特に限定されないが、1mm以上であってもよいし、1mm以下であってもよいが、10mm~300cmであるのが好ましく、100mm~100cmであるのがより好ましい。また、前記半導体層は、通常、単結晶であるが、多結晶であってもよい。前記半導体層のキャリア密度は、ドーピング量を調節することにより、適宜設定することができる。 The n− type semiconductor layer is not particularly limited as long as it is a semiconductor layer having a lower carrier density than the n+ type semiconductor layer and containing a crystalline oxide semiconductor as a main component. Examples of the crystalline oxide semiconductor include metal oxides containing one or more metals selected from aluminum, gallium, indium, iron, chromium, vanadium, titanium, rhodium, nickel, cobalt and iridium. can give. In an embodiment of the present invention, the crystalline oxide semiconductor preferably contains at least one metal selected from aluminum, indium and gallium, more preferably at least gallium, and α-Ga 2 O 3 or mixed crystals thereof are most preferred. Note that in the embodiment of the present invention, the crystalline oxide semiconductor that is the main component of the n + -type semiconductor layer and the crystalline oxide semiconductor that is the main component of the n − -type semiconductor layer are the same. may be different. The crystal structure of the crystalline oxide semiconductor is also not particularly limited as long as the object of the present invention is not hindered. The crystal structure of the crystalline oxide semiconductor includes, for example, a corundum structure, a β-gallia structure, a hexagonal structure (eg, ε-type structure, etc.), an orthogonal crystal structure (eg, κ-type structure, etc.), a cubic crystal structure, or A tetragonal crystal structure and the like can be mentioned. In an embodiment of the present invention, the crystalline oxide semiconductor preferably has a corundum structure, a β-gallia structure or a hexagonal crystal structure (eg, ε-type structure, etc.), and more preferably has a corundum structure. The “main component” means that the crystalline oxide semiconductor accounts for preferably 50% or more, more preferably 70% or more, and even more preferably 70% or more, in atomic ratio, of all components of the n-type semiconductor layer. It means that 90% or more is included, and that it may be 100%. The thickness of the n-type semiconductor layer is not particularly limited, and may be 1 μm or less or 1 μm or more. preferable. The area of the semiconductor film in plan view is not particularly limited, but may be 1 mm 2 or more or 1 mm 2 or less, preferably 10 mm 2 to 300 cm 2 , and 100 mm 2 to 100 cm 2 . is more preferable. Further, the semiconductor layer is usually single crystal, but may be polycrystal. The carrier density of the semiconductor layer can be appropriately set by adjusting the doping amount.

前記n-型半導体層には、ドーパントが含まれていてもよい。前記ドーパントは、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おいては、特に、前記半導体層がガリウムを含む結晶性酸化物半導体を主成分とする場合、前記ドーパントの好適な例としては、例えば、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウムまたはニオブ等のn型ドーパントが挙げられる。本発明の実施態様においては、前記n型ドーパントが、Sn、GeまたはSiであるのが好ましい。ドーパントの含有量は、前記半導体層の組成中、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、0.00001原子%~10原子%であるのが最も好ましい。より具体的には、ドーパントの濃度は、通常、約1×1016/cm~1×1022/cmであってもよいし、また、ドーパントの濃度を例えば約1×1017/cm以下の低濃度にしてもよい。 The n-type semiconductor layer may contain a dopant. The dopant is not particularly limited and may be a known one. In the embodiment of the present invention, particularly when the semiconductor layer is mainly composed of a crystalline oxide semiconductor containing gallium, preferred examples of the dopant include tin, germanium, silicon, titanium, zirconium, n-type dopants such as vanadium or niobium are included. In an embodiment of the present invention, said n-type dopant is preferably Sn, Ge or Si. The content of the dopant is preferably 0.00001 atomic % or more, more preferably 0.00001 atomic % to 20 atomic %, and more preferably 0.00001 atomic % to 10 atomic % in the composition of the semiconductor layer. is most preferred. More specifically, the dopant concentration may typically be about 1×10 16 /cm 3 to 1×10 22 /cm 3 , and the dopant concentration may be, for example, about 1×10 17 /cm 3 . A low concentration of 3 or less may be used.

前記高抵抗層は、前記n型半導体層中に前記高抵抗層の少なくとも一部が埋め込まれているものであれば、特に限定されない。前記高抵抗層は、通常、1.0×10Ω・cm以上の抵抗を有する。本発明の実施態様においては、前記高抵抗層の抵抗が1.0×1010Ω・cm以上であるのが好ましく、前記高抵抗層の抵抗が1.0×1012Ω・cm以上であるのがより好ましい。前記抵抗は、前記高抵抗層に測定用の電極を形成して電流を流すことにより測定することができる。前記抵抗の上限は特に限定されない。前記抵抗の上限は、好ましくは、1.0×1015Ω・cmであり、より好ましくは1.0×1014Ω・cmである。前記高抵抗層の構成材料は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されない。本発明の実施態様においては、前記高抵抗層が、絶縁体層であるのが好ましい。この場合、前記高抵抗層の構成材料としては、例えば、SiO、リン添加SiO(PSG)、ボロン添加SiO、リンーボロン添加SiO(BPSG)等が挙げられる。前記高抵抗層の形成手段としては、例えば、CVD法、大気圧CVD法、プラズマCVD法、ミストCVD法等が挙げられる。本発明の実施態様においては、前記高抵抗層の形成手段が、ミストCVD法または大気圧CVD法であるのが好ましい。また、本発明の実施態様においては、前記高抵抗層の主成分が、前記結晶性酸化物半導体であるのも好ましい。前記高抵抗層の主成分が前記結晶性酸化物半導体である場合、前記高抵抗層がp型ドーパントを含むのも好ましい。前記p型ドーパントとしては、例えば、マグネシウム、カルシウム、亜鉛等が挙げられる。 The high resistance layer is not particularly limited as long as at least part of the high resistance layer is embedded in the n-type semiconductor layer. The high resistance layer usually has a resistance of 1.0×10 6 Ω·cm or more. In an embodiment of the present invention, the resistance of the high resistance layer is preferably 1.0×10 10 Ω·cm or more, and the resistance of the high resistance layer is 1.0×10 12 Ω·cm or more. is more preferred. The resistance can be measured by forming an electrode for measurement on the high resistance layer and applying a current. The upper limit of the resistance is not particularly limited. The upper limit of the resistance is preferably 1.0×10 15 Ω·cm, more preferably 1.0×10 14 Ω·cm. The constituent material of the high resistance layer is not particularly limited as long as it does not hinder the object of the present invention. In an embodiment of the present invention, the high resistance layer is preferably an insulator layer. In this case, the constituent material of the high resistance layer includes, for example, SiO 2 , phosphorus-added SiO 2 (PSG), boron-added SiO 2 , phosphorus-boron-added SiO 2 (BPSG), and the like. Examples of means for forming the high resistance layer include CVD, atmospheric pressure CVD, plasma CVD, mist CVD, and the like. In an embodiment of the present invention, the means for forming the high resistance layer is preferably mist CVD or atmospheric pressure CVD. Further, in the embodiment of the present invention, it is also preferable that the main component of the high resistance layer is the crystalline oxide semiconductor. When the main component of the high resistance layer is the crystalline oxide semiconductor, the high resistance layer preferably contains a p-type dopant. Examples of the p-type dopant include magnesium, calcium, zinc and the like.

前記高抵抗層の底面と前記n+型半導体層の上面との距離は、1.5μm未満であれば、特に限定されない。本発明の実施態様においては、前記高抵抗層の底面と前記n+型半導体層の上面と距離が1.0μm以下であるのが好ましく、0.5μm以下であるのがより好ましい。また、本発明の実施態様においては、前記高抵抗層の底面が前記n+型半導体層と前記n-型半導体層との界面と同じ高さであるか、または前記n+型半導体層と前記n-型半導体層の界面よりも下側に位置していてもよい。このような好ましい構成とすることにより、リーク電流がより低減された前記半導体装置を実現することができる。また、上記のとおり、前記高抵抗層の底面を前記n+型半導体層と前記n-型半導体層との界面と同じ高さまたは前記n+型半導体層と前記n-型半導体層の界面よりも下側に位置するように構成することにより、前記半導体装置をより小型化することができる。また、本発明の実施態様においては、前記高抵抗層が前記半導体層の内側に位置する第1の領域lと、前記半導体装置の外側に位置する第2の領域とを有し、前記第1の領域の底面と前記n+型半導体層の上面との距離が1.5μm未満であり、前記第2の領域の底面が前記第1の領域の底面よりも上側に位置しているのも好ましい。 The distance between the bottom surface of the high resistance layer and the top surface of the n+ type semiconductor layer is not particularly limited as long as it is less than 1.5 μm. In an embodiment of the present invention, the distance between the bottom surface of the high resistance layer and the top surface of the n + -type semiconductor layer is preferably 1.0 μm or less, more preferably 0.5 μm or less. Further, in the embodiment of the present invention, the bottom surface of the high resistance layer is at the same height as the interface between the n+ type semiconductor layer and the n− type semiconductor layer, or the n+ type semiconductor layer and the n− type semiconductor layer have the same height. It may be positioned below the interface of the mold semiconductor layer. By adopting such a preferable configuration, the semiconductor device in which leakage current is further reduced can be realized. Further, as described above, the bottom surface of the high resistance layer is at the same height as the interface between the n + type semiconductor layer and the n − type semiconductor layer or lower than the interface between the n + type semiconductor layer and the n − type semiconductor layer. The semiconductor device can be further miniaturized by arranging it so as to be located on the side. Further, in the embodiment of the present invention, the high resistance layer has a first region l located inside the semiconductor layer and a second region located outside the semiconductor device, It is also preferable that the distance between the bottom surface of the region and the top surface of the n + -type semiconductor layer is less than 1.5 μm, and that the bottom surface of the second region is located above the bottom surface of the first region.

前記n+型半導体層および前記n-型半導体層(以下、単に「半導体層」または「半導体膜」ともいう。)は、公知の手段を用いて形成されてよい。前記半導体層の形成手段としては、例えば、CVD法、MOCVD法、MOVPE法、ミストCVD法、ミスト・エピタキシー法、MBE法、HVPE法、パルス成長法またはALD法などが挙げられる。本発明の実施態様においては、前記半導体層の形成手段が、MOCVD法、ミストCVD法、ミスト・エピタキシー法またはHVPE法であるのが好ましく、ミストCVD法またはミスト・エピタキシー法であるのが好ましい。前記のミストCVD法またはミスト・エピタキシー法では、例えば図5に示すミストCVD装置を用いて、原料溶液を霧化し(霧化工程)、液滴を浮遊させ、霧化後、得られた霧化液滴をキャリアガスでもって基体上まで搬送し(搬送工程)、ついで、前記基体近傍で前記霧化液滴を熱反応させることによって、基体上に結晶性酸化物半導体を主成分として含む半導体膜を積層する(成膜工程)ことにより前記半導体層を形成する。 The n+ type semiconductor layer and the n− type semiconductor layer (hereinafter also simply referred to as “semiconductor layer” or “semiconductor film”) may be formed using known means. Examples of means for forming the semiconductor layer include CVD, MOCVD, MOVPE, mist CVD, mist epitaxy, MBE, HVPE, pulse growth, and ALD. In an embodiment of the present invention, the means for forming the semiconductor layer is preferably MOCVD, mist CVD, mist epitaxy or HVPE, preferably mist CVD or mist epitaxy. In the mist CVD method or mist epitaxy method, for example, the mist CVD apparatus shown in FIG. A semiconductor film containing a crystalline oxide semiconductor as a main component is formed on a substrate by transporting droplets onto a substrate with a carrier gas (transporting step) and then thermally reacting the atomized droplets in the vicinity of the substrate. (film formation step) to form the semiconductor layer.

(霧化工程)
霧化工程は、前記原料溶液を霧化する。前記原料溶液の霧化手段は、前記原料溶液を霧化できさえすれば特に限定されず、公知の手段であってよいが、本発明の実施態様においては、超音波を用いる霧化手段が好ましい。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ミスト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。液滴サイズは、特に限定されず、数mm程度の液滴であってもよいが、好ましくは50μm以下であり、より好ましくは100nm~10μmである。
(Atomization process)
The atomization step atomizes the raw material solution. The means for atomizing the raw material solution is not particularly limited as long as it can atomize the raw material solution, and may be any known means. In the embodiment of the present invention, atomizing means using ultrasonic waves is preferable. . Atomized droplets obtained using ultrasonic waves have an initial velocity of zero and are preferable because they float in the air. Since it is a possible mist, there is no damage due to collision energy, so it is very suitable. The droplet size is not particularly limited, and may be droplets of several millimeters, preferably 50 μm or less, more preferably 100 nm to 10 μm.

(原料溶液)
前記原料溶液は、霧化または液滴化が可能であり、半導体膜を形成可能な原料を含んでいれば特に限定されず、無機材料であっても、有機材料であってもよい。本発明の実施態様においては、前記原料が、金属または金属化合物であるのが好ましく、アルミニウム、ガリウム、インジウム、鉄、クロム、バナジウム、チタン、ロジウム、ニッケル、コバルトおよびイリジウムから選ばれる1種または2種以上の金属を含むのがより好ましい。
(raw material solution)
The raw material solution is not particularly limited as long as it contains a raw material capable of being atomized or dropletized and capable of forming a semiconductor film, and may be an inorganic material or an organic material. In an embodiment of the present invention, the raw material is preferably a metal or a metal compound, and one or two selected from aluminum, gallium, indium, iron, chromium, vanadium, titanium, rhodium, nickel, cobalt and iridium. More preferably, it contains more than one species of metal.

本発明の実施態様においては、前記原料溶液として、前記金属を錯体または塩の形態で有機溶媒または水に溶解または分散させたものを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。 In an embodiment of the present invention, as the raw material solution, a solution obtained by dissolving or dispersing the metal in the form of a complex or salt in an organic solvent or water can be preferably used. Examples of forms of the complex include acetylacetonate complexes, carbonyl complexes, ammine complexes, hydride complexes, and the like. Examples of the salt form include organic metal salts (e.g., metal acetates, metal oxalates, metal citrates, etc.), metal sulfide salts, metal nitrate salts, metal phosphate salts, metal halide salts (e.g., metal chlorides, salts, metal bromides, metal iodides, etc.).

また、前記原料溶液には、ハロゲン化水素酸や酸化剤等の添加剤を混合するのが好ましい。前記ハロゲン化水素酸としては、例えば、臭化水素酸、塩酸、ヨウ化水素酸などが挙げられるが、中でも、異常粒の発生をより効率的に抑制できるとの理由から、臭化水素酸またはヨウ化水素酸が好ましい。前記酸化剤としては、例えば、過酸化水素(H)、過酸化ナトリウム(Na)、過酸化バリウム(BaO)、過酸化ベンゾイル(CCO)等の過酸化物、次亜塩素酸(HClO)、過塩素酸、硝酸、オゾン水、過酢酸やニトロベンゼン等の有機過酸化物などが挙げられる。 Moreover, it is preferable to mix additives such as hydrohalic acid and an oxidizing agent into the raw material solution. Examples of the hydrohalic acid include hydrobromic acid, hydrochloric acid, and hydroiodic acid. Among them, hydrobromic acid or Hydroiodic acid is preferred. Examples of the oxidizing agent include hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), sodium peroxide (Na 2 O 2 ), barium peroxide (BaO 2 ), benzoyl peroxide (C 6 H 5 CO) 2 O 2 and the like. , hypochlorous acid (HClO), perchloric acid, nitric acid, ozone water, and organic peroxides such as peracetic acid and nitrobenzene.

前記原料溶液には、ドーパントが含まれていてもよい。原料溶液にドーパントを含ませることで、ドーピングを良好に行うことができる。前記ドーパントは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されない。前記ドーパントとしては、例えば、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウムまたはニオブ等のn型ドーパント、またはMg、H、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Ca、Sr、Ba、Ra、Mn、Fe、Co、Ni、Pd、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Hg、Ti、Pb、N、もしくはP等のp型ドーパントなどが挙げられる。前記ドーパントの含有量は、所望のキャリア密度に対するドーパントの原料中の濃度の関係を示す検量線を用いることにより適宜設定される。 The raw material solution may contain a dopant. By including the dopant in the raw material solution, the doping can be performed well. The dopant is not particularly limited as long as it does not interfere with the object of the present invention. Examples of the dopant include n-type dopants such as tin, germanium, silicon, titanium, zirconium, vanadium or niobium, or Mg, H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Ca, Sr, Ba , Ra, Mn, Fe, Co, Ni, Pd, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Ti, Pb, N or P, and the like. The content of the dopant is appropriately set by using a calibration curve showing the relationship between the concentration of the dopant in the raw material and the desired carrier density.

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との混合溶媒であってもよい。本発明の実施態様においては、前記溶媒が水を含むのが好ましく、水または水とアルコールとの混合溶媒であるのがより好ましい。 The solvent of the raw material solution is not particularly limited, and may be an inorganic solvent such as water, an organic solvent such as alcohol, or a mixed solvent of an inorganic solvent and an organic solvent. In an embodiment of the present invention, the solvent preferably contains water, more preferably water or a mixed solvent of water and alcohol.

(搬送工程)
搬送工程では、キャリアガスでもって前記霧化液滴を成膜室内に搬送する。前記キャリアガスとしては、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好適な例として挙げられる。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、流量を下げた希釈ガス(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。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。
(Conveyance process)
In the transporting step, the atomized liquid droplets are transported into the film forming chamber using a carrier gas. The carrier gas is not particularly limited as long as it does not interfere with the object of the present invention. Suitable examples include oxygen, ozone, inert gases such as nitrogen and argon, and reducing gases such as hydrogen gas and forming gas. mentioned. In addition, although one type of carrier gas may be used, two or more types may be used, and a diluted gas with a reduced flow rate (for example, a 10-fold diluted gas, etc.) may be further used as a second carrier gas. good too. In addition, the carrier gas may be supplied at two or more locations instead of at one location. Although the flow rate of the carrier gas is not particularly limited, it is preferably 0.01 to 20 L/min, more preferably 1 to 10 L/min. In the case of diluent gas, the flow rate of diluent gas is preferably 0.001 to 2 L/min, more preferably 0.1 to 1 L/min.

(成膜工程)
成膜工程では、前記基体近傍で前記霧化液滴を熱反応させることによって、基体上に、前記半導体膜を成膜する。熱反応は、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、高すぎない温度(例えば1000℃)以下が好ましく、650℃以下がより好ましく、300℃~650℃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(例えば、不活性ガス雰囲気下等)、還元ガス雰囲気下および酸素雰囲気下のいずれの雰囲気下で行われてもよいが、不活性ガス雰囲気下または酸素雰囲気下で行われるのが好ましい。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、本発明の実施態様においては、大気圧下で行われるのが好ましい。なお、膜厚は、成膜時間を調整することにより、設定することができる。
(Film formation process)
In the film forming step, the semiconductor film is formed on the substrate by thermally reacting the atomized droplets in the vicinity of the substrate. The thermal reaction is not particularly limited as long as the atomized droplets react with heat, and the reaction conditions and the like are not particularly limited as long as they do not interfere with the object of the present invention. In this step, the thermal reaction is usually carried out at a temperature equal to or higher than the evaporation temperature of the solvent, preferably at a temperature that is not too high (for example, 1000° C.), more preferably 650° C. or less, most preferably from 300° C. to 650° C. preferable. In addition, the thermal reaction is carried out under vacuum, under a non-oxygen atmosphere (for example, under an inert gas atmosphere, etc.), under a reducing gas atmosphere, or under an oxygen atmosphere, as long as the object of the present invention is not hindered. However, it is preferably carried out under an inert gas atmosphere or an oxygen atmosphere. The reaction may be carried out under atmospheric pressure, increased pressure or reduced pressure, but is preferably carried out under atmospheric pressure in the embodiment of the present invention. Note that the film thickness can be set by adjusting the film formation time.

(基体)
前記基体は、前記半導体膜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、本発明の実施態様においては、基板が好ましい。基板の厚さは、本発明の実施態様においては特に限定されない。
(substrate)
The substrate is not particularly limited as long as it can support the semiconductor film. The material of the substrate is also not particularly limited as long as it does not interfere with the object of the present invention, and may be a known substrate, an organic compound, or an inorganic compound. The shape of the substrate may be any shape, and is effective for all shapes. Cylindrical, helical, spherical, ring-shaped, etc. are mentioned, but in the embodiment of the present invention, the substrate is preferable. The thickness of the substrate is not particularly limited in embodiments of the present invention.

前記基板は、板状であって、前記半導体膜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、金属基板や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、例えば、コランダム構造を有する基板材料を主成分として含む下地基板、またはβ-ガリア構造を有する基板材料を主成分として含む下地基板、六方晶構造を有する基板材料を主成分として含む下地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。 The substrate is not particularly limited as long as it has a plate shape and serves as a support for the semiconductor film. The substrate may be an insulator substrate, a semiconductor substrate, a metal substrate, or a conductive substrate. A substrate with a membrane is also preferred. As the substrate, for example, a base substrate containing a substrate material having a corundum structure as a main component, or a base substrate containing a substrate material having a β-gallia structure as a main component, a substrate material having a hexagonal crystal structure as a main component. A base substrate etc. are mentioned. Here, the “main component” means that the substrate material having the specific crystal structure accounts for preferably 50% or more, more preferably 70% or more, and even more preferably 90%, in atomic ratio, of all components of the substrate material. % or more, and may be 100%.

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材料としては、例えば、α-Al(サファイア基板)またはα-Gaが好適に挙げられ、a面サファイア基板、m面サファイア基板、r面サファイア基板、c面サファイア基板や、α型酸化ガリウム基板(a面、m面またはr面)などがより好適な例として挙げられる。β-ガリア構造を有する基板材料を主成分とする下地基板としては、例えばβ-Ga基板、又はGaとAlとを含みAlが0wt%より多くかつ60wt%以下である混晶体基板などが挙げられる。また、六方晶構造を有する基板材料を主成分とする下地基板としては、例えば、SiC基板、ZnO基板、GaN基板などが挙げられる。 The substrate material is not particularly limited as long as it does not interfere with the object of the present invention, and may be any known material. The substrate material having the corundum structure, for example, α-Al 2 O 3 (sapphire substrate) or α-Ga 2 O 3 are preferably mentioned, a-plane sapphire substrate, m-plane sapphire substrate, r-plane sapphire substrate , a c-plane sapphire substrate, an α-type gallium oxide substrate (a-plane, m-plane, or r-plane) and the like are more preferable examples. The base substrate mainly composed of a substrate material having a β-Gallia structure is, for example, a β-Ga 2 O 3 substrate, or a substrate containing Ga 2 O 3 and Al 2 O 3 with more than 0 wt % of Al 2 O 3 and A mixed crystal substrate having a content of 60 wt % or less may be used. Examples of base substrates mainly composed of a substrate material having a hexagonal crystal structure include SiC substrates, ZnO substrates, and GaN substrates.

本発明の実施態様においては、前記成膜工程の後、アニール処理を行ってもよい。アニールの処理温度は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、通常、300℃~650℃であり、好ましくは350℃~550℃である。また、アニールの処理時間は、通常、1分間~48時間であり、好ましくは10分間~24時間であり、より好ましくは30分間~12時間である。なお、アニール処理は、本発明の目的を阻害しない限り、どのような雰囲気下で行われてもよい。非酸素雰囲気下であってもよいし、酸素雰囲気下であってもよい。非酸素雰囲気下としては、例えば、不活性ガス雰囲気下(例えば、窒素雰囲気下)または還元ガス雰囲気下等が挙げられるが、本発明の実施態様においては、不活性ガス雰囲気下が好ましく、窒素雰囲気下であるのがより好ましい。 In an embodiment of the present invention, annealing may be performed after the film forming process. Annealing treatment temperature is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, and is usually 300°C to 650°C, preferably 350°C to 550°C. The annealing treatment time is usually 1 minute to 48 hours, preferably 10 minutes to 24 hours, more preferably 30 minutes to 12 hours. The annealing treatment may be performed under any atmosphere as long as the object of the present invention is not hindered. A non-oxygen atmosphere or an oxygen atmosphere may be used. The non-oxygen atmosphere includes, for example, an inert gas atmosphere (e.g., nitrogen atmosphere), a reducing gas atmosphere, etc. In the embodiment of the present invention, an inert gas atmosphere is preferable, and a nitrogen atmosphere Lower is more preferred.

また、本発明の実施態様においては、前記基体上に、直接、前記半導体膜を設けてもよいし、応力緩和層(例えば、バッファ層、ELO層等)、剥離犠牲層等の他の層を介して前記半導体膜を設けてもよい。各層の形成手段は、特に限定されず、公知の手段であってよいが、本発明の実施態様においては、ミストCVD法が好ましい。 Further, in the embodiment of the present invention, the semiconductor film may be directly provided on the substrate, or other layers such as a stress relaxation layer (for example, a buffer layer, an ELO layer, etc.), a peeling sacrificial layer, etc. may be formed on the substrate. The semiconductor film may be provided via the semiconductor film. The means for forming each layer is not particularly limited, and known means may be used. In the embodiment of the present invention, the mist CVD method is preferred.

本発明の実施態様においては、前記半導体膜を、前記基体等から剥離する等の公知の手段を用いた後に、前記半導体層として半導体装置に用いてもよいし、そのまま前記半導体層として半導体装置に用いてもよい。 In the embodiment of the present invention, the semiconductor film may be used as the semiconductor layer in the semiconductor device after using known means such as peeling from the substrate or the like, or may be used as the semiconductor layer in the semiconductor device as it is. may be used.

前記ショットキー電極は、前記n-型半導体層との間にショットキー接合を形成可能なものであれば、特に限定されない。前記ショットキー電極の構成材料は、導電性無機材料であってもよいし、導電性有機材料であってもよい。本発明の実施態様においては、前記ショットキー電極の構成材料が、金属であるのが好ましい。前記金属としては、好適には、例えば、周期律表第4族~第10族から選ばれる少なくとも1種の金属が挙げられる。周期律表第4族の金属としては、例えば、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)などが挙げられる。周期律表第5族の金属としては、例えば、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)が挙げられる。周期律表第6族の金属としては、例えば、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)およびタングステン(W)が挙げられる。周期律表第7族の金属としては、例えば、マンガン(Mn)、テクネチウム(Tc)、レニウム(Re)が挙げられる。周期律表第8族の金属としては、例えば、鉄(Fe)、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os)が挙げられる。周期律表第9族の金属としては、例えば、コバルト(Co)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)が挙げられる。周期律表第10族の金属としては、例えば、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)が挙げられる。前記ショットキー電極の厚さは、特に限定されないが、0.1nm~10μmが好ましく、5nm~500nmがより好ましく、10nm~200nmが最も好ましい。本発明の実施態様においては、前記ショットキー電極が、前記n-型半導体層上に設けられている第1の電極層と、前記第1の電極層上に設けられている第2の電極層とを含んでいてもよい。なお、本発明の実施態様においては、第1の電極層の層厚が、第2の電極層の層厚よりも薄いのが好ましい。また、本発明の実施態様においては、前記第1の電極層の仕事関数が、前記第2の電極層の仕事関数よりも大きいのが好ましい。第1の電極層をこのような好ましい構成とすることにより、よりショットキー特性に優れた半導体装置を得ることができるだけでなく、逆方向耐圧の向上効果をより良好に発現することができる。また、本発明の実施態様においては、前記ショットキー電極は、単層であってもよいし、2層以上の金属層から構成されていてもよい。 The Schottky electrode is not particularly limited as long as it can form a Schottky junction with the n-type semiconductor layer. The constituent material of the Schottky electrode may be a conductive inorganic material or a conductive organic material. In an embodiment of the present invention, the constituent material of the Schottky electrode is preferably metal. The metal preferably includes, for example, at least one metal selected from Groups 4 to 10 of the periodic table. Examples of metals belonging to Group 4 of the periodic table include titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), and the like. Examples of metals of Group 5 of the periodic table include vanadium (V), niobium (Nb), and tantalum (Ta). Group 6 metals of the periodic table include, for example, chromium (Cr), molybdenum (Mo), and tungsten (W). Metals of Group 7 of the periodic table include, for example, manganese (Mn), technetium (Tc), and rhenium (Re). Metals of Group 8 of the periodic table include, for example, iron (Fe), ruthenium (Ru), and osmium (Os). Examples of metals of Group 9 of the periodic table include cobalt (Co), rhodium (Rh), and iridium (Ir). Examples of metals of Group 10 of the periodic table include nickel (Ni), palladium (Pd), and platinum (Pt). The thickness of the Schottky electrode is not particularly limited, but is preferably 0.1 nm to 10 μm, more preferably 5 nm to 500 nm, and most preferably 10 nm to 200 nm. In an embodiment of the present invention, the Schottky electrode comprises a first electrode layer provided on the n-type semiconductor layer and a second electrode layer provided on the first electrode layer. and may include In addition, in the embodiment of the present invention, it is preferable that the layer thickness of the first electrode layer is thinner than the layer thickness of the second electrode layer. Moreover, in the aspect of this invention, it is preferable that the work function of the said 1st electrode layer is larger than the work function of the said 2nd electrode layer. By making the first electrode layer have such a preferable structure, not only can a semiconductor device having better Schottky characteristics be obtained, but also the effect of improving the reverse breakdown voltage can be exhibited more satisfactorily. Further, in the embodiment of the present invention, the Schottky electrode may be a single layer, or may be composed of two or more metal layers.

前記ショットキー電極の形成手段は特に限定されず、公知の手段であってよい。前記ショットキー電極の形成手段としては、具体的には例えば、ドライ法やウェット法などが挙げられる。ドライ法としては、例えば、スパッタ、真空蒸着、CVD等が挙げられる。ウェット法としては、例えば、スクリーン印刷やダイコート等が挙げられる。 A method for forming the Schottky electrode is not particularly limited, and may be a known method. Specific examples of means for forming the Schottky electrode include a dry method and a wet method. Dry methods include, for example, sputtering, vacuum deposition, and CVD. Wet methods include, for example, screen printing and die coating.

本発明の実施態様においては、前記半導体装置が、さらに、前記n-型半導体層上に形成されている絶縁体層を有し、前記ショットキー電極の端部が前記絶縁体層上に位置しているのも好ましい。前記絶縁体層の構成材料は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知の材料であってよい。前記絶縁体層としては、例えば、SiO膜、リン添加SiO膜(PSG膜)、ボロン添加SiO膜、リンーボロン添加SiO膜(BPSG膜)等が挙げられる。前記絶縁体層の形成手段としては、例えば、CVD法、大気圧CVD法、プラズマCVD法、ミストCVD法等が挙げられる。本発明の実施態様においては、前記絶縁体層の形成手段が、ミストCVD法または大気圧CVD法であるのが好ましい。また、本発明の実施態様においては、前記半導体装置が、図17に示されるとおり、前記ショットキー電極の外端部と前記n-型半導体層表面の少なくとも一部とを覆うパッシベーション膜が形成されているのも好ましい。このような好ましい構成とすることにより、前記半導体装置のリーク電流をより良好に抑制することができる。前記パッシベーション膜の構成材料および形成手段は、前記絶縁体層と同様であってよい。 In an aspect of the present invention, the semiconductor device further includes an insulator layer formed on the n-type semiconductor layer, and an end portion of the Schottky electrode is positioned on the insulator layer. It is also preferable to have The constituent material of the insulator layer is not particularly limited as long as it does not interfere with the object of the present invention, and may be a known material. Examples of the insulator layer include a SiO 2 film, a phosphorus-added SiO 2 film (PSG film), a boron-added SiO 2 film, a phosphorus-boron-added SiO 2 film (BPSG film), and the like. Examples of means for forming the insulating layer include CVD, atmospheric pressure CVD, plasma CVD, mist CVD, and the like. In an embodiment of the present invention, the means for forming the insulating layer is preferably mist CVD or atmospheric pressure CVD. In an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 17, the semiconductor device is provided with a passivation film covering the outer end portion of the Schottky electrode and at least a portion of the surface of the n-type semiconductor layer. It is also preferable to have With such a preferable configuration, leakage current of the semiconductor device can be suppressed more satisfactorily. The constituent material and formation means of the passivation film may be the same as those of the insulator layer.

本発明の半導体装置は、様々な半導体素子に有用であり、とりわけ、パワーデバイスに有用である。また、半導体素子は、電極が半導体層の片面側に形成され、半導体層の膜厚方向と膜平面の面内方向に電流が流れる横型の素子(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し、半導体層の膜厚方向に電流が流れる縦型の素子(縦型デバイス)に分類することができ、本発明の実施態様においては、前記半導体素子を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。前記半導体素子としては、例えば、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)金属半導体電界効果トランジスタ(MESFET)、金属絶縁膜半導体電界効果トランジスタ(MISFET)、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)、高電子移動度トランジスタ(HEMT)または発光ダイオードなどが挙げられる。本発明の実施態様においては、前記半導体装置が、ダイオードであるのが好ましく、ショットキーバリアダイオード(SBD)であるのがより好ましい。 The semiconductor device of the present invention is useful for various semiconductor elements, especially for power devices. In addition, the semiconductor element includes a horizontal element (horizontal device) in which an electrode is formed on one side of the semiconductor layer and current flows in the film thickness direction of the semiconductor layer and the in-plane direction of the film plane, and It can be classified into vertical devices (vertical devices), each of which has an electrode and in which a current flows in the film thickness direction of the semiconductor layer. Although it can be suitably used for devices, it is preferably used for vertical devices. Examples of the semiconductor element include Schottky barrier diodes (SBD), junction barrier Schottky diodes (JBS), metal semiconductor field effect transistors (MESFET), metal insulating film semiconductor field effect transistors (MISFET), and metal oxide semiconductor field effect transistors. A transistor (MOSFET), a high electron mobility transistor (HEMT), or a light emitting diode may be used. In an embodiment of the present invention, the semiconductor device is preferably a diode, more preferably a Schottky barrier diode (SBD).

以下、前記半導体装置の好適な例を、図面を用いて説明するが、本発明はこれら実施の態様に限定されるものではない。なお、以下に例示する半導体装置において、本発明の目的を阻害しない限り、さらに他の層(例えば絶縁体層、半絶縁体層、導体層、半導体層、緩衝層またはその他中間層等)などが含まれていてもよいし、また、緩衝層(バッファ層)なども適宜省いてもよい。 Preferred examples of the semiconductor device will be described below with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these embodiments. In the semiconductor devices exemplified below, other layers (for example, an insulator layer, a semi-insulator layer, a conductor layer, a semiconductor layer, a buffer layer, or other intermediate layers, etc.), etc., as long as the object of the present invention is not hindered. It may be included, or a buffer layer (buffer layer) and the like may be omitted as appropriate.

図1は、本発明の好適な実施態様の一つであるショットキーバリアダイオード(SBD)の主要部を示す。図1のSBDは、オーミック電極102、n+型半導体層101b、n-型半導体層101a、高抵抗層106、およびショットキー電極103を備えている。
図1の半導体装置は、前記高抵抗層106の底面と前記n+型半導体層101bの上面との間の距離dが1.5μm未満である。このような構成とすることにより、前記半導体装置のリーク電流を良好に低減することができる。また、本発明の実施態様においては、前記高抵抗層106の側面の少なくとも一部が、前記ショットキー電極103側から前記オーミック電極102側に向かって厚みが減少するテーパ形状を有しているのも好ましい。このような好ましい構造とすることにより、表面の電界集中をより良好に緩和することができる。また、ショットキー電極および/またはオーミック電極の構成材料としては、例えば、前記ショットキー電極の構成材料として例示した上記金属などが挙げられる。図1の各層の形成手段は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知の手段であってよい。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手段、または印刷技術などを用いて直接パターニングを行う手段などが挙げられる。
FIG. 1 shows the main parts of a Schottky barrier diode (SBD), which is one of the preferred embodiments of the present invention. The SBD of FIG. 1 includes an ohmic electrode 102, an n+ type semiconductor layer 101b, an n− type semiconductor layer 101a, a high resistance layer 106, and a Schottky electrode 103. FIG.
In the semiconductor device of FIG. 1, the distance d between the bottom surface of the high resistance layer 106 and the top surface of the n+ type semiconductor layer 101b is less than 1.5 μm. With such a configuration, it is possible to satisfactorily reduce the leakage current of the semiconductor device. Further, in the embodiment of the present invention, at least part of the side surface of the high resistance layer 106 has a tapered shape in which the thickness decreases from the Schottky electrode 103 side toward the ohmic electrode 102 side. is also preferred. By adopting such a preferable structure, electric field concentration on the surface can be alleviated more satisfactorily. Further, examples of the constituent material of the Schottky electrode and/or the ohmic electrode include the metals exemplified above as the constituent material of the Schottky electrode. The means for forming each layer in FIG. 1 is not particularly limited as long as the object of the present invention is not hindered, and known means may be used. For example, after forming a film by a vacuum vapor deposition method, a CVD method, a sputtering method, or various coating techniques, a means for patterning by a photolithographic method, or a means for directly patterning using a printing technique or the like can be used.

本発明の実施態様による効果を確かめるために、図1に示す半導体装置を模擬したシミュレーションを行った。n+型半導体層およびn-型半導体層としてα-Gaを、高抵抗層としてSiOを用いた場合を想定してシミュレーションを行った。前記高抵抗層の底面と前記n+型半導体層の上面との間の距離dが1.5μm、1.0μm、0.5μmおよび0μmの場合の電位分布のシミュレーション結果(逆方向電圧:600V)(等電位線が赤線で示されている。間隔は60V)を図6に示す。前記高抵抗層の底面と前記n+型半導体層の上面との間の距離dが1.5μm、1.0μm、0.5μmおよび0μmの場合の電流密度のシミュレーション結果を図7に示す。図6および図7から明らかなように、距離dが1.5μm未満の場合にショットキー電極と高抵抗層端部の電流密度が大幅に低減されていることが分かる。また、距離dが1.0以下の場合、0.5以下の場合にはさらにより優れたリーク電流の低減効果が得られることが分かる。 A simulation simulating the semiconductor device shown in FIG. 1 was performed in order to confirm the effect of the embodiment of the present invention. A simulation was performed on the assumption that α-Ga 2 O 3 was used as the n + -type semiconductor layer and the n− -type semiconductor layer, and SiO 2 was used as the high resistance layer. Potential distribution simulation results when the distance d between the bottom surface of the high resistance layer and the top surface of the n+ type semiconductor layer is 1.5 μm, 1.0 μm, 0.5 μm, and 0 μm (reverse voltage: 600 V) ( Equipotential lines are indicated by red lines, with an interval of 60 V) are shown in FIG. FIG. 7 shows simulation results of current densities when the distance d between the bottom surface of the high resistance layer and the top surface of the n+ type semiconductor layer is 1.5 μm, 1.0 μm, 0.5 μm and 0 μm. As is clear from FIGS. 6 and 7, when the distance d is less than 1.5 μm, the current density at the end of the Schottky electrode and the high resistance layer is significantly reduced. Further, it can be seen that when the distance d is 1.0 or less and when it is 0.5 or less, a more excellent leakage current reduction effect can be obtained.

なお、前記n-型半導体層として酸化ガリウムを用いた場合およびn-型半導体層としてSiCまたはGaNを用いた場合に、前記高抵抗層の側面と前記n-型半導体層の側面との界面の欠陥に起因して発生する欠陥電流を計算して比較した結果を表1に示す。側面の空乏層内欠陥による発生電流が真性キャリア密度に比例すると仮定し、各材料のバンドギャップを考慮し真性キャリア密度の比から求めた。なお、表1のそれぞれの数値は、4H-SiCの場合の欠陥電流の大きさを1とした場合の欠陥電流の大きさを示している。表1から明らかなように、前記n-型半導体層として酸化ガリウムを用いた場合には、前記n-型半導体層としてSiCやGaNを用いた場合と比較して、前記高抵抗層の側面と前記n-型半導体層の側面との界面の欠陥に起因して発生する欠陥電流が大幅に低減することが分かった。すなわち、図1に示すような、n-型半導体層中に高抵抗層が埋め込まれている構造は、特に酸化ガリウムを用いた半導体装置により適していることが分かる。また、前記n-型半導体層としてβ-Gaを用いた場合と比較して、α-Gaを用いた場合には、前記界面の欠陥に起因して発生するリーク電流がさらにより低減されることが分かった。 When gallium oxide is used as the n-type semiconductor layer and when SiC or GaN is used as the n-type semiconductor layer, the interface between the side surface of the high resistance layer and the side surface of the n-type semiconductor layer Table 1 shows the results of calculation and comparison of defect currents caused by defects. Assuming that the current generated by defects in the side depletion layer is proportional to the intrinsic carrier density, the bandgap of each material was taken into account and the intrinsic carrier density ratio was obtained. Each numerical value in Table 1 indicates the magnitude of the defect current when the magnitude of the defect current in the case of 4H—SiC is set to 1. As is clear from Table 1, when gallium oxide is used as the n-type semiconductor layer, compared with the case of using SiC or GaN as the n-type semiconductor layer, the side surface of the high resistance layer It has been found that the defect current caused by the defect at the interface with the side surface of the n-type semiconductor layer is greatly reduced. That is, it can be seen that the structure in which the high-resistance layer is embedded in the n-type semiconductor layer as shown in FIG. 1 is particularly suitable for semiconductor devices using gallium oxide. In addition, compared to the case of using β-Ga 2 O 3 as the n-type semiconductor layer, when α-Ga 2 O 3 is used, the leak current caused by the defect at the interface is reduced. It has been found to be even more reduced.

Figure 2022187480000002
※4H-SiCの場合の欠陥電流の大きさを1とした場合の欠陥電流の大きさを示す。
Figure 2022187480000002
* Indicates the magnitude of the defect current when the magnitude of the defect current in the case of 4H-SiC is set to 1.

以下、図1の半導体装置を製造する好適な例を用いて、本発明をより詳細に説明する。 The present invention will now be described in more detail using a preferred example of manufacturing the semiconductor device of FIG.

図2(a)は、オーミック電極102上にn+型半導体層101bおよびn-型半導体層101aがこの順で形成されており、前記n-型半導体層101a中にトレンチが形成されている積層体を示している。前記トレンチは、公知のエッチング方法等を用いて形成される。ここで、前記トレンチの形成の際に、前記トレンチ底面と前記n+型半導体層101bの上面との間の距離が1.5μm未満となるようにトレンチを形成する。次に、図2(a)の積層体上に、高抵抗層106を形成し、図2(b)の積層体を得る。ここで、前記高抵抗層106を形成した後に、CMP等を用いて前記n-型半導体層および/または前記高抵抗層106の表面を研磨してもよい。なお、前記高抵抗層106の形成方法としては、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、塗布法、CVD法、大気圧CVD法、プラズマCVD法、ミストCVD法が挙げられる。ついで、図2(b)の積層体上に、前記ドライ法または前記ウェット法およびフォトリソグラフィー法を用いてショットキー電極103を形成し、図2(c)の積層体を得る。以上のようにして得られた半導体装置は、前記高抵抗層106の底面と前記n-型半導体層101bの上面との間の距離が1.5μm未満となっている。このような構成によれば、前記半導体装置のリーク電流を良好に低減させることができる。 FIG. 2(a) shows a stacked body in which an n+ type semiconductor layer 101b and an n− type semiconductor layer 101a are formed in this order on an ohmic electrode 102, and a trench is formed in the n− type semiconductor layer 101a. is shown. The trench is formed using a known etching method or the like. Here, when forming the trench, the trench is formed so that the distance between the bottom surface of the trench and the top surface of the n + -type semiconductor layer 101b is less than 1.5 μm. Next, a high resistance layer 106 is formed on the laminate shown in FIG. 2(a) to obtain the laminate shown in FIG. 2(b). Here, after forming the high resistance layer 106, the surface of the n-type semiconductor layer and/or the high resistance layer 106 may be polished using CMP or the like. Examples of the method for forming the high resistance layer 106 include sputtering, vacuum deposition, coating, CVD, atmospheric pressure CVD, plasma CVD, and mist CVD. Next, a Schottky electrode 103 is formed on the laminate shown in FIG. 2(b) by using the dry method or the wet method and photolithography to obtain the laminate shown in FIG. 2(c). In the semiconductor device obtained as described above, the distance between the bottom surface of the high resistance layer 106 and the top surface of the n− type semiconductor layer 101b is less than 1.5 μm. With such a configuration, it is possible to satisfactorily reduce the leakage current of the semiconductor device.

図3は、本発明の他の好適な実施態様の一つであるショットキーバリアダイオード(SBD)の主要部を示す。図3のSBDは、さらに絶縁体層104を有しており、ショットキー電極103の端部が前記絶縁体層104上に位置している点で、図1のSBDと異なる。このような構成とすることにより、半導体装置の耐圧特性をより優れたものとすることができる。図3の各層の形成手段は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知の手段であってよい。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手段、または印刷技術などを用いて直接パターニングを行う手段などが挙げられる。 FIG. 3 shows the principal parts of a Schottky barrier diode (SBD), which is one of the other preferred embodiments of the present invention. The SBD of FIG. 3 further has an insulator layer 104, and differs from the SBD of FIG. With such a configuration, the withstand voltage characteristic of the semiconductor device can be made more excellent. The means for forming each layer in FIG. 3 is not particularly limited as long as the object of the present invention is not hindered, and known means may be used. For example, after forming a film by a vacuum vapor deposition method, a CVD method, a sputtering method, or various coating techniques, a means for patterning by a photolithographic method, or a means for directly patterning using a printing technique or the like can be used.

図4は、本発明の他の好適な実施態様の一つであるショットキーバリアダイオード(SBD)の主要部を示す。図4のSBDは、高抵抗層106が、前記半導体装置の内側に位置する第1の領域106aと、前記半導体装置の外側に位置する第2の領域106bとを有し、前記第1の領域106aの底面と前記n+型半導体層101bとの間の距離が1.5μm未満であり(この図4では、同距離がゼロで描かれている)、前記第2の領域106bの底面が前記第1の領域の底面よりも上側に位置している点で、図1のSBDと異なる。図4の各層の形成手段は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知の手段であってよい。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手段、または印刷技術などを用いて直接パターニングを行う手段などが挙げられる。 FIG. 4 shows the principal parts of a Schottky barrier diode (SBD), which is one of the other preferred embodiments of the present invention. In the SBD of FIG. 4, the high resistance layer 106 has a first region 106a located inside the semiconductor device and a second region 106b located outside the semiconductor device. The distance between the bottom surface of 106a and the n + -type semiconductor layer 101b is less than 1.5 μm (the same distance is drawn as zero in FIG. 4), and the bottom surface of the second region 106b is the second It is different from the SBD in FIG. 1 in that it is located above the bottom surface of the region 1 . The means for forming each layer in FIG. 4 is not particularly limited as long as the object of the present invention is not hindered, and known means may be used. For example, after forming a film by a vacuum vapor deposition method, a CVD method, a sputtering method, or various coating techniques, a means for patterning by a photolithographic method, or a means for directly patterning using a printing technique or the like can be used.

図12は、本発明の他の好適な実施態様の一つであるショットキーバリアダイオード(SBD)の主要部を示す。図12のSBDは、高抵抗層106とn-型半導体層101aとの間に高抵抗層107が形成されている点で、図1のSBDと異なる。なお、図12のSBDにおいて、前記高抵抗層106としては、例えば、酸化物半導体に不純物ドープした高抵抗層が用いられる。この酸化物半導体は101aのn-層半導体の結晶構造を基に形成するエピタキシャル膜である。このような構成とすることにより、高抵抗層とn-半導体層との界面に発生しやすい欠陥を低減することができ、半導体装置のさらなる高耐圧化が可能となる。図12の107層以外の各層の形成手段は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知の手段であってよい。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手段、または印刷技術などを用いて直接パターニングを行う手段などが挙げられる。また、図17は、本発明の他の好適な実施態様の一つであるショットキーバリアダイオード(SBD)の主要部を示す。図17のSBDは、n-型半導体層101a表面の少なくとも一部とショットキー電極103の外端部を覆うパッシベーション膜108を備える点で、図1のSBDと異なる。このような好ましい構成とすることにより、逆方向電圧印可時のリーク電流をさらにより低減することができる。なお、本発明の実施態様においては、平面視で、前記パッシベーション膜108が、高抵抗層106の少なくとも一部を覆っているのが好ましく、高抵抗層106の外端部を覆っているのがより好ましい。また、本発明の実施態様においては、平面視で、前記パッシベーション膜108が、半導体層101a表面を、外端部に至るまで覆っているのがより好ましい。 FIG. 12 shows the principal parts of a Schottky barrier diode (SBD), which is one of the other preferred embodiments of the present invention. The SBD of FIG. 12 differs from the SBD of FIG. 1 in that a high resistance layer 107 is formed between the high resistance layer 106 and the n− type semiconductor layer 101a. In the SBD of FIG. 12, for example, a high resistance layer obtained by doping an oxide semiconductor with impurities is used as the high resistance layer 106 . This oxide semiconductor is an epitaxial film formed based on the crystal structure of the n− layer semiconductor of 101a. With such a configuration, defects that tend to occur at the interface between the high-resistance layer and the n− semiconductor layer can be reduced, and the breakdown voltage of the semiconductor device can be further increased. The means for forming each layer other than the 107 layer in FIG. 12 is not particularly limited as long as it does not interfere with the object of the present invention, and may be known means. For example, after forming a film by a vacuum vapor deposition method, a CVD method, a sputtering method, or various coating techniques, a means for patterning by a photolithographic method, or a means for directly patterning using a printing technique or the like can be used. Also, FIG. 17 shows the main part of a Schottky barrier diode (SBD), which is one of the other preferred embodiments of the present invention. The SBD of FIG. 17 differs from the SBD of FIG. 1 in that a passivation film 108 covering at least part of the surface of the n− type semiconductor layer 101a and the outer edge of the Schottky electrode 103 is provided. By adopting such a preferable configuration, it is possible to further reduce leakage current when a reverse voltage is applied. In the embodiment of the present invention, the passivation film 108 preferably covers at least a portion of the high resistance layer 106 in plan view, and preferably covers the outer edge of the high resistance layer 106. more preferred. Further, in the embodiment of the present invention, it is more preferable that the passivation film 108 covers the surface of the semiconductor layer 101a up to the outer edge in plan view.

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(例えば、PNダイオード、ショットキーバリアダイオード、ジャンクションバリアショットキーダイオード等)またはトランジスタ(例えば、MOSFET、MESFET等)などが挙げられる。 The semiconductor device is particularly useful for power devices. Examples of the semiconductor device include diodes (eg, PN diodes, Schottky barrier diodes, junction barrier Schottky diodes, etc.) and transistors (eg, MOSFETs, MESFETs, etc.).

上述した本発明の実施態様にかかる半導体装置は、上記した機能を発揮させるべく、インバータやコンバータなどの電力変換装置に適用することができる。より具体的には、インバータやコンバータに内蔵されるダイオードや、スイッチング素子であるサイリスタ、パワートランジスタ、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)等として適用することができる。図8は、本発明の実施態様に係る半導体装置を用いた制御システムの一例を示すブロック構成図、図9は同制御システムの回路図であり、特に電気自動車(Electric Vehicle)への搭載に適した制御システムである。 The semiconductor device according to the embodiment of the present invention described above can be applied to power converters such as inverters and converters so as to exhibit the functions described above. More specifically, it can be applied as diodes built into inverters and converters, switching elements such as thyristors, power transistors, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors), and the like. can. FIG. 8 is a block diagram showing an example of a control system using a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a circuit diagram of the same control system, which is particularly suitable for mounting on an electric vehicle. control system.

図8に示すように、制御システム500はバッテリー(電源)501、昇圧コンバータ502、降圧コンバータ503、インバータ504、モータ(駆動対象)505、駆動制御部506を有し、これらは電気自動車に搭載されてなる。バッテリー501は例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの蓄電池からなり、給電ステーションでの充電あるいは減速時の回生エネルギーなどにより電力を貯蔵するとともに、電気自動車の走行系や電装系の動作に必要となる直流電圧を出力することができる。昇圧コンバータ502は例えばチョッパ回路を搭載した電圧変換装置であり、バッテリー501から供給される例えば200Vの直流電圧を、チョッパ回路のスイッチング動作により例えば650Vに昇圧して、モータなどの走行系に出力することができる。降圧コンバータ503も同様にチョッパ回路を搭載した電圧変換装置であるが、バッテリー501から供給される例えば200Vの直流電圧を、例えば12V程度に降圧することで、パワーウインドーやパワーステアリング、あるいは車載の電気機器などを含む電装系に出力することができる。 As shown in FIG. 8, the control system 500 has a battery (power source) 501, a boost converter 502, a step-down converter 503, an inverter 504, a motor (to be driven) 505, and a drive control section 506, which are mounted on an electric vehicle. It becomes The battery 501 is composed of a storage battery such as a nickel-metal hydride battery or a lithium-ion battery, and stores electric power by charging at a power supply station or regenerative energy during deceleration, and is necessary for the operation of the running system and electrical system of the electric vehicle. DC voltage can be output. The boost converter 502 is, for example, a voltage conversion device equipped with a chopper circuit, and boosts the DC voltage of, for example, 200 V supplied from the battery 501 to, for example, 650 V by the switching operation of the chopper circuit, and outputs it to a running system such as a motor. be able to. The step-down converter 503 is also a voltage converter equipped with a chopper circuit. It can be output to the electrical system including

インバータ504は、昇圧コンバータ502から供給される直流電圧をスイッチング動作により三相の交流電圧に変換してモータ505に出力する。モータ505は電気自動車の走行系を構成する三相交流モータであり、インバータ504から出力される三相の交流電圧によって回転駆動され、その回転駆動力を図示しないトランスミッション等を介して電気自動車の車輪に伝達する。 Inverter 504 converts the DC voltage supplied from boost converter 502 into a three-phase AC voltage by switching operation, and outputs the three-phase AC voltage to motor 505 . A motor 505 is a three-phase AC motor that constitutes the driving system of the electric vehicle, and is rotationally driven by the three-phase AC voltage output from the inverter 504. The rotational driving force is transmitted to the wheels of the electric vehicle via a transmission or the like (not shown). to

一方、図示しない各種センサを用いて、走行中の電気自動車から車輪の回転数やトルク、アクセルペダルの踏み込み量(アクセル量)などの実測値が計測され、これらの計測信号が駆動制御部506に入力される。また同時に、インバータ504の出力電圧値も駆動制御部506に入力される。駆動制御部506はCPU(Central Processing Unit)などの演算部やメモリなどのデータ保存部を備えたコントローラの機能を有するもので、入力された計測信号を用いて制御信号を生成してインバータ504にフィードバック信号として出力することで、スイッチング素子によるスイッチング動作を制御する。これによって、インバータ504がモータ505に与える交流電圧が瞬時に補正されることで、電気自動車の運転制御を正確に実行させることができ、電気自動車の安全・快適な動作が実現する。なお、駆動制御部506からのフィードバック信号を昇圧コンバータ502に与えることで、インバータ504への出力電圧を制御することも可能である。 On the other hand, various sensors (not shown) are used to measure actual values such as the number of revolutions and torque of the wheels and the amount of depression of the accelerator pedal (acceleration amount) from the running electric vehicle. is entered. At the same time, the output voltage value of inverter 504 is also input to drive control section 506 . The drive control unit 506 has the function of a controller including an operation unit such as a CPU (Central Processing Unit) and a data storage unit such as a memory. By outputting it as a feedback signal, the switching operation of the switching element is controlled. As a result, the AC voltage applied to the motor 505 by the inverter 504 is corrected instantaneously, so that the operation control of the electric vehicle can be accurately executed, and safe and comfortable operation of the electric vehicle is realized. It is also possible to control the output voltage to the inverter 504 by giving the feedback signal from the drive control unit 506 to the boost converter 502 .

図9は、図8における降圧コンバータ503を除いた回路構成、すなわちモータ505を駆動するための構成のみを示した回路構成である。同図に示されるように、本発明の半導体装置は、例えばショットキーバリアダイオードとして昇圧コンバータ502およびインバータ504に採用されることでスイッチング制御に供される。昇圧コンバータ502においてはチョッパ回路に組み込まれてチョッパ制御を行い、またインバータ504においてはIGBTを含むスイッチング回路に組み込まれてスイッチング制御を行う。なお、バッテリー501の出力にインダクタ(コイルなど)を介在させることで電流の安定化を図り、またバッテリー501、昇圧コンバータ502、インバータ504のそれぞれの間にキャパシタ(電解コンデンサなど)を介在させることで電圧の安定化を図っている。 FIG. 9 shows a circuit configuration excluding the step-down converter 503 in FIG. As shown in the figure, the semiconductor device of the present invention is employed as a Schottky barrier diode in a boost converter 502 and an inverter 504 for switching control. Boost converter 502 is incorporated in a chopper circuit to perform chopper control, and inverter 504 is incorporated in a switching circuit including IGBTs to perform switching control. An inductor (such as a coil) is interposed in the output of the battery 501 to stabilize the current. It is stabilizing the voltage.

また、図9中に点線で示すように、駆動制御部506内にはCPU(Central Processing Unit)からなる演算部507と不揮発性メモリからなる記憶部508が設けられている。駆動制御部506に入力された信号は演算部507に与えられ、必要な演算を行うことで各半導体素子に対するフィードバック信号を生成する。また記憶部508は、演算部507による演算結果を一時的に保持したり、駆動制御に必要な物理定数や関数などをテーブルの形で蓄積して演算部507に適宜出力する。演算部507や記憶部508は公知の構成を採用することができ、その処理能力等も任意に選定できる。 Further, as indicated by a dotted line in FIG. 9, the drive control unit 506 is provided with an operation unit 507 made up of a CPU (Central Processing Unit) and a storage unit 508 made up of a non-volatile memory. A signal input to the drive control unit 506 is supplied to the calculation unit 507, and a feedback signal for each semiconductor element is generated by performing necessary calculations. Further, the storage unit 508 temporarily holds the calculation result by the calculation unit 507, accumulates physical constants and functions required for drive control in the form of a table, and outputs them to the calculation unit 507 as appropriate. The calculation unit 507 and the storage unit 508 can employ known configurations, and their processing capabilities can be arbitrarily selected.

図8や図9に示されるように、制御システム500においては、昇圧コンバータ502、降圧コンバータ503、インバータ504のスイッチング動作にはダイオードやスイッチング素子であるサイリスタ、パワートランジスタ、IGBT、MOSFET等が用いられる。これらの半導体素子に酸化ガリウム(Ga)、特にコランダム型酸化ガリウム(α-Ga)をその材料として用いることでスイッチング特性が大幅に向上する。さらに、本発明に係る半導体装置等を適用することで、極めて良好なスイッチング特性が期待できるとともに、制御システム500の一層の小型化やコスト低減が実現可能となる。すなわち、昇圧コンバータ502、降圧コンバータ503、インバータ504のそれぞれが本発明による効果を期待できるものとなり、これらのいずれか一つ、もしくは任意の二つ以上の組合せ、あるいは駆動制御部506も含めた形態のいずれにおいても本発明の効果を期待することができる。
なお、上述の制御システム500は本発明の半導体装置を電気自動車の制御システムに適用できるだけではなく、直流電源からの電力を昇圧・降圧したり、直流から交流へ電力変換するといったあらゆる用途の制御システムに適用することが可能である。また、バッテリーとして太陽電池などの電源を用いることも可能である。
As shown in FIGS. 8 and 9, in the control system 500, the switching operations of the boost converter 502, the step-down converter 503, and the inverter 504 use diodes and switching elements such as thyristors, power transistors, IGBTs, MOSFETs, and the like. . By using gallium oxide (Ga 2 O 3 ), especially corundum-type gallium oxide (α-Ga 2 O 3 ), as the material for these semiconductor elements, the switching characteristics are greatly improved. Furthermore, by applying the semiconductor device or the like according to the present invention, extremely good switching characteristics can be expected, and further miniaturization and cost reduction of the control system 500 can be realized. That is, each of the boost converter 502, the step-down converter 503, and the inverter 504 can expect the effects of the present invention. The effect of the present invention can be expected in any of the above.
Note that the control system 500 described above can apply the semiconductor device of the present invention not only to the control system of an electric vehicle, but also to a control system for various purposes such as stepping up or stepping down power from a DC power supply or converting power from DC to AC. can be applied to It is also possible to use a power source such as a solar cell as the battery.

図10は、本発明の実施態様に係る半導体装置を採用した制御システムの他の例を示すブロック構成図、図11は同制御システムの回路図であり、交流電源からの電力で動作するインフラ機器や家電機器等への搭載に適した制御システムである。 FIG. 10 is a block configuration diagram showing another example of a control system employing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a circuit diagram of the same control system, showing infrastructure equipment that operates on power from an AC power supply. This control system is suitable for installation in home appliances, etc.

図10に示すように、制御システム600は、外部の例えば三相交流電源(電源)601から供給される電力を入力するもので、AC/DCコンバータ602、インバータ604、モータ(駆動対象)605、駆動制御部606を有し、これらは様々な機器(後述する)に搭載することができる。三相交流電源601は、例えば電力会社の発電施設(火力発電所、水力発電所、地熱発電所、原子力発電所など)であり、その出力は変電所を介して降圧されながら交流電圧として供給される。また、例えば自家発電機等の形態でビル内や近隣施設内に設置されて電力ケーブルで供給される。AC/DCコンバータ602は交流電圧を直流電圧に変換する電圧変換装置であり、三相交流電源601から供給される100Vや200Vの交流電圧を所定の直流電圧に変換する。具体的には、電圧変換により3.3Vや5V、あるいは12Vといった、一般的に用いられる所望の直流電圧に変換される。駆動対象がモータである場合には12Vへの変換が行われる。なお、三相交流電源に代えて単相交流電源を採用することも可能であり、その場合にはAC/DCコンバータを単相入力のものとすれば同様のシステム構成とすることができる。 As shown in FIG. 10, a control system 600 receives power supplied from an external, for example, a three-phase AC power supply (power supply) 601, and includes an AC/DC converter 602, an inverter 604, a motor (to be driven) 605, It has a drive control unit 606, which can be mounted on various devices (described later). The three-phase AC power supply 601 is, for example, a power generation facility of an electric power company (a thermal power plant, a hydroelectric power plant, a geothermal power plant, a nuclear power plant, etc.), and its output is stepped down via a substation and supplied as an AC voltage. be. In addition, for example, in the form of a private power generator or the like, it is installed in a building or in a nearby facility and supplied by a power cable. The AC/DC converter 602 is a voltage conversion device that converts AC voltage into DC voltage, and converts AC voltage of 100V or 200V supplied from the three-phase AC power supply 601 into a predetermined DC voltage. Specifically, the voltage is converted into a generally used desired DC voltage such as 3.3V, 5V, or 12V. When the object to be driven is a motor, conversion to 12V is performed. A single-phase AC power supply may be used instead of the three-phase AC power supply. In that case, the same system configuration can be achieved by using a single-phase input AC/DC converter.

インバータ604は、AC/DCコンバータ602から供給される直流電圧をスイッチング動作により三相の交流電圧に変換してモータ605に出力する。モータ604は、制御対象によりその形態が異なるが、制御対象が電車の場合には車輪を、工場設備の場合にはポンプや各種動力源を、家電機器の場合にはコンプレッサなどを駆動するための三相交流モータであり、インバータ604から出力される三相の交流電圧によって回転駆動され、その回転駆動力を図示しない駆動対象に伝達する。 Inverter 604 converts the DC voltage supplied from AC/DC converter 602 into a three-phase AC voltage by switching operation, and outputs the three-phase AC voltage to motor 605 . The form of the motor 604 differs depending on the object to be controlled. When the object to be controlled is a train, the motor 604 drives the wheels. It is a three-phase AC motor, and is rotationally driven by a three-phase AC voltage output from an inverter 604, and transmits its rotational driving force to a drive target (not shown).

なお、例えば家電機器においてはAC/DCコンバータ602から出力される直流電圧をそのまま供給することが可能な駆動対象も多く(例えばパソコン、LED照明機器、映像機器、音響機器など)、その場合には制御システム600にインバータ604は不要となり、図10中に示すように、AC/DCコンバータ602から駆動対象に直流電圧を供給する。この場合、例えばパソコンなどには3.3Vの直流電圧が、LED照明機器などには5Vの直流電圧が供給される。 For example, in home appliances, there are many objects to be driven that can be directly supplied with the DC voltage output from the AC/DC converter 602 (for example, personal computers, LED lighting equipment, video equipment, audio equipment, etc.). The control system 600 does not require the inverter 604, and as shown in FIG. 10, a DC voltage is supplied from the AC/DC converter 602 to the driven object. In this case, for example, a personal computer is supplied with a DC voltage of 3.3V, and an LED lighting device is supplied with a DC voltage of 5V.

一方、図示しない各種センサを用いて、駆動対象の回転数やトルク、あるいは駆動対象の周辺環境の温度や流量などといった実測値が計測され、これらの計測信号が駆動制御部606に入力される。また同時に、インバータ604の出力電圧値も駆動制御部606に入力される。これらの計測信号をもとに、駆動制御部606はインバータ604にフィードバック信号を与え、スイッチング素子によるスイッチング動作を制御する。これによって、インバータ604がモータ605に与える交流電圧が瞬時に補正されることで、駆動対象の運転制御を正確に実行させることができ、駆動対象の安定した動作が実現する。また、上述のように、駆動対象が直流電圧で駆動可能な場合には、インバータへのフィードバックに代えてAC/DCコンバータ602をフィードバック制御することも可能である。 On the other hand, various sensors (not shown) are used to measure actual values such as the rotational speed and torque of the driven object, or the temperature and flow rate of the surrounding environment of the driven object, and these measurement signals are input to the drive control unit 606. At the same time, the output voltage value of inverter 604 is also input to drive control section 606 . Based on these measurement signals, drive control section 606 gives a feedback signal to inverter 604 to control the switching operation of the switching element. As a result, the AC voltage applied to the motor 605 by the inverter 604 is corrected instantaneously, so that the operation control of the object to be driven can be accurately executed, and the object to be driven can be operated stably. Further, as described above, when the object to be driven can be driven with a DC voltage, it is possible to feedback-control the AC/DC converter 602 instead of the feedback to the inverter.

図11は、図10の回路構成を示したものである。同図に示されるように、本発明の半導体装置は、例えばショットキーバリアダイオードとしてAC/DCコンバータ602およびインバータ604に採用されることでスイッチング制御に供される。AC/DCコンバータ602は、例えばショットキーバリアダイオードをブリッジ状に回路構成したものが用いられ、入力電圧の負電圧分を正電圧に変換整流することで直流変換を行う。またインバータ604においてはIGBTにおけるスイッチング回路に組み込まれてスイッチング制御を行う。なお、AC/DCコンバータ602とインバータ604の間にキャパシタ(電解コンデンサなど)を介在させることで電圧の安定化を図っている。 FIG. 11 shows the circuit configuration of FIG. As shown in the figure, the semiconductor device of the present invention is employed as a Schottky barrier diode in an AC/DC converter 602 and an inverter 604 for switching control. The AC/DC converter 602 uses, for example, a Schottky barrier diode circuit configured in a bridge shape, and performs DC conversion by converting and rectifying the negative voltage component of the input voltage into a positive voltage. Also, the inverter 604 is incorporated in the switching circuit in the IGBT to perform switching control. A capacitor (such as an electrolytic capacitor) is interposed between the AC/DC converter 602 and the inverter 604 to stabilize the voltage.

また、図11中に点線で示すように、駆動制御部606内にはCPUからなる演算部607と不揮発性メモリからなる記憶部608が設けられている。駆動制御部606に入力された信号は演算部607に与えられ、必要な演算を行うことで各半導体素子に対するフィードバック信号を生成する。また記憶部608は、演算部607による演算結果を一時的に保持したり、駆動制御に必要な物理定数や関数などをテーブルの形で蓄積して演算部607に適宜出力する。演算部607や記憶部608は公知の構成を採用することができ、その処理能力等も任意に選定できる。 Further, as indicated by the dotted line in FIG. 11, the drive control unit 606 is provided with an operation unit 607 made up of a CPU and a storage unit 608 made up of a non-volatile memory. A signal input to the drive control unit 606 is supplied to the calculation unit 607, and a feedback signal for each semiconductor element is generated by performing necessary calculations. The storage unit 608 also temporarily stores the results of calculations by the calculation unit 607, accumulates physical constants and functions necessary for drive control in the form of a table, and outputs them to the calculation unit 607 as appropriate. The calculation unit 607 and the storage unit 608 can employ known configurations, and their processing capabilities can be arbitrarily selected.

このような制御システム600においても、図8や図9に示した制御システム500と同様に、AC/DCコンバータ602やインバータ604の整流動作やスイッチング動作にはダイオードやスイッチング素子であるサイリスタ、パワートランジスタ、IGBT、MOSFET等が用いられる。これら半導体素子に酸化ガリウム(Ga)、特にコランダム型酸化ガリウム(α-Ga)をその材料として用いることでスイッチング特性が向上する。さらに、本発明に係る半導体膜や半導体装置を適用することで、極めて良好なスイッチング特性が期待できるとともに、制御システム600の一層の小型化やコスト低減が実現可能となる。すなわち、AC/DCコンバータ602、インバータ604のそれぞれが本発明による効果を期待できるものとなり、これらのいずれか一つ、もしくは組合せ、あるいは駆動制御部606も含めた形態のいずれにおいても本発明の効果を期待することができる。 In such a control system 600, like the control system 500 shown in FIGS. 8 and 9, the rectifying operation and switching operation of the AC/DC converter 602 and the inverter 604 are performed by diodes, switching elements such as thyristors and power transistors. , IGBT, MOSFET, etc. are used. Switching characteristics are improved by using gallium oxide (Ga 2 O 3 ), particularly corundum type gallium oxide (α-Ga 2 O 3 ), as the material for these semiconductor elements. Furthermore, by applying the semiconductor film and the semiconductor device according to the present invention, extremely good switching characteristics can be expected, and further miniaturization and cost reduction of the control system 600 can be realized. That is, the AC/DC converter 602 and the inverter 604 can each be expected to have the effect of the present invention. can be expected.

なお、図10および図11では駆動対象としてモータ605を例示したが、駆動対象は必ずしも機械的に動作するものに限られず、交流電圧を必要とする多くの機器を対象とすることができる。制御システム600においては、交流電源から電力を入力して駆動対象を駆動する限りにおいては適用が可能であり、インフラ機器(例えばビルや工場等の電力設備、通信設備、交通管制機器、上下水処理設備、システム機器、省力機器、電車など)や家電機器(例えば、冷蔵庫、洗濯機、パソコン、LED照明機器、映像機器、音響機器など)といった機器を対象とした駆動制御のために搭載することができる。 10 and 11 illustrate the motor 605 as an object to be driven, the object to be driven is not necessarily limited to mechanically operating devices, and can be many devices that require AC voltage. In the control system 600, as long as the drive object is driven by inputting power from an AC power supply, it can be applied to infrastructure equipment (for example, power equipment such as buildings and factories, communication equipment, traffic control equipment, water and sewage treatment Equipment, system equipment, labor-saving equipment, trains, etc.) and home appliances (e.g., refrigerators, washing machines, personal computers, LED lighting equipment, video equipment, audio equipment, etc.). can.

(実施例1)
上記した製造方法に倣って、図1に示す構造に準ずる構造のショットキーバリアダイオード(SBD)を作製し、I-V測定を行った。なお、高抵抗層の底面とn+型半導体層の上面との間の距離は、1.3μmとした。得られた半導体装置の断面を観察した結果を図13に示す。I-V測定の結果、得られた半導体装置の耐圧は850Vであった。本発明の実施態様によれば、リーク電流が低減されるため、高耐圧の半導体装置が得られることがわかった。なお、I-V測定の結果を図15に示す。
(Example 1)
A Schottky barrier diode (SBD) having a structure similar to that shown in FIG. 1 was manufactured according to the manufacturing method described above, and IV measurement was performed. The distance between the bottom surface of the high resistance layer and the top surface of the n + -type semiconductor layer was set to 1.3 μm. FIG. 13 shows the result of observing the cross section of the obtained semiconductor device. As a result of IV measurement, the withstand voltage of the obtained semiconductor device was 850V. It has been found that, according to the embodiments of the present invention, a semiconductor device with a high withstand voltage can be obtained because the leak current is reduced. FIG. 15 shows the result of the IV measurement.

(比較例1)
高抵抗層の底面とn+型半導体層の上面との間の距離を1.9μmとしたこと以外は、実施例1と同様にSBDを作製した。得られた半導体装置の断面を観察した結果を図14に示す。I-V測定の結果、得られた半導体装置の耐圧は385Vであった。なお、I-V測定の結果を図15に示す。
(Comparative example 1)
An SBD was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the distance between the bottom surface of the high resistance layer and the top surface of the n + -type semiconductor layer was set to 1.9 μm. FIG. 14 shows the result of observing the cross section of the obtained semiconductor device. As a result of IV measurement, the withstand voltage of the obtained semiconductor device was 385V. FIG. 15 shows the result of the IV measurement.

(実施例2)
高抵抗層の底面とn+型半導体層の上面との間の距離を1.0μm以下となるように高抵抗層を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、半導体装置を作製した。得られた半導体装置につき、実施例1と同様にしてI-V測定を行った。I-V測定の結果を図16に示す。図16から明らかなように、実施例1と比較してもさらによりリーク電流が低減されることが分かった。
(Example 2)
A semiconductor device was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the high resistance layer was formed such that the distance between the bottom surface of the high resistance layer and the top surface of the n+ type semiconductor layer was 1.0 μm or less. IV measurement was performed in the same manner as in Example 1 for the obtained semiconductor device. Results of IV measurements are shown in FIG. As is clear from FIG. 16, it was found that the leak current was further reduced as compared with Example 1.

(実施例3)
図17に示す構造のとおり、高抵抗層に加えてパッシベーション膜を形成したこと以外は、実施例1に準じて半導体装置を作製した。比較のために、高抵抗層のみ形成したものも合わせて作製した。パッシベーション膜ありの場合のI-V測定の結果を図18(a)に、パッシベーション膜なし(高抵抗層のみ)の場合のI-V測定の結果を図18(b)に示す。図18から明らかなとおり、パッシベーション膜を高抵抗層と組み合わせて用いることにより、さらによりリーク電流を低減させることができる。
(Example 3)
As shown in FIG. 17, a semiconductor device was fabricated according to Example 1, except that a passivation film was formed in addition to the high resistance layer. For comparison, a sample in which only the high resistance layer was formed was also produced. FIG. 18A shows the result of IV measurement with the passivation film, and FIG. 18B shows the result of IV measurement without the passivation film (only the high resistance layer). As is clear from FIG. 18, the leakage current can be further reduced by using the passivation film in combination with the high resistance layer.

本発明の半導体装置は、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、とりわけ、パワーデバイスに有用である。 The semiconductor device of the present invention can be used in various fields such as semiconductors (for example, compound semiconductor electronic devices), electronic parts/electrical equipment parts, optical/electrophotographic equipment, industrial materials, etc., but it is particularly useful for power devices. be.

1 成膜装置(ミストCVD装置)
2a キャリアガス源
2b キャリアガス(希釈)源
3a 流量調節弁
3b 流量調節弁
4 ミスト発生源
4a 原料溶液
4b 原料微粒子
5 容器
5a 水
6 超音波振動子
7 成膜室
8 ホットプレート
9 供給管
10 基板
101 半導体層
101a n-型半導体層
101b n+型半導体層
102 オーミック電極
103 ショットキー電極
104 絶縁体層
106 高抵抗層
106a 第1の領域
106b 第2の領域
107 高抵抗層
108 パッシベーション膜
500 制御システム
501 バッテリー(電源)
502 昇圧コンバータ
503 降圧コンバータ
504 インバータ
505 モータ(駆動対象)
506 駆動制御部
507 演算部
508 記憶部
600 制御システム
601 三相交流電源(電源)s
602 AC/DCコンバータ
604 インバータ
605 モータ(駆動対象)
606 駆動制御部
607 演算部
608 記憶部

1 Film deposition equipment (mist CVD equipment)
2a Carrier gas source 2b Carrier gas (dilution) source 3a Flow control valve 3b Flow control valve 4 Mist generation source 4a Raw material solution 4b Raw fine particles 5 Container 5a Water 6 Ultrasonic oscillator 7 Film forming chamber 8 Hot plate 9 Supply pipe 10 Substrate 101 semiconductor layer 101a n− type semiconductor layer 101b n+ type semiconductor layer 102 ohmic electrode 103 Schottky electrode 104 insulator layer 106 high resistance layer 106a first region 106b second region 107 high resistance layer 108 passivation film 500 control system 501 battery (power supply)
502 Boost converter 503 Buck converter 504 Inverter 505 Motor (driven object)
506 drive control unit 507 calculation unit 508 storage unit 600 control system 601 three-phase AC power supply (power supply) s
602 AC/DC converter 604 Inverter 605 Motor (to be driven)
606 drive control unit 607 calculation unit 608 storage unit

Claims (14)

n+型半導体層、該n+型半導体層上に配置されているn-型半導体層、該n-型半導体層中に少なくとも一部が埋め込まれている高抵抗層、および前記n-型半導体層とショットキー接合を形成するショットキー電極とを少なくとも備える半導体装置であって、
前記n+型半導体層および前記n-型半導体層がそれぞれ結晶性酸化物半導体を主成分として含み、前記高抵抗層の底面と前記n+型半導体層の上面との距離が、1.5μm未満であり、前記ショットキー電極の端部が前記高抵抗層上に位置していることを特徴とする半導体装置。
an n + type semiconductor layer, an n − type semiconductor layer disposed on the n + type semiconductor layer, a high resistance layer at least partially embedded in the n − type semiconductor layer, and the n − type semiconductor layer A semiconductor device comprising at least a Schottky electrode forming a Schottky junction,
The n+ type semiconductor layer and the n− type semiconductor layer each contain a crystalline oxide semiconductor as a main component, and the distance between the bottom surface of the high resistance layer and the top surface of the n+ type semiconductor layer is less than 1.5 μm. 1. A semiconductor device according to claim 1, wherein an end portion of said Schottky electrode is located on said high resistance layer.
前記結晶性酸化物半導体が、アルミニウム、インジウムおよびガリウムから選ばれる1種または2種以上の金属を含む請求項1記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said crystalline oxide semiconductor contains one or more metals selected from aluminum, indium and gallium. 前記結晶性酸化物半導体が、少なくともガリウムを含む請求項1または2に記載の半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein said crystalline oxide semiconductor contains at least gallium. 前記結晶性酸化物半導体が、コランダム構造またはβガリア構造を有する請求項1~3のいずれかに記載の半導体装置。 4. The semiconductor device according to claim 1, wherein said crystalline oxide semiconductor has a corundum structure or a β-gallia structure. 前記高抵抗層の底面と前記n+型半導体層の上面との距離が、1.0μm以下である請求項1~4のいずれかに記載の半導体装置。 5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the distance between the bottom surface of said high resistance layer and the top surface of said n+ type semiconductor layer is 1.0 μm or less. 前記高抵抗層の底面が前記n+型半導体層と前記n-型半導体層との界面と同じ高さであるか、または前記n+型半導体層と前記n-型半導体層との界面よりも下側に位置する請求項1~5のいずれかに記載の半導体装置。 The bottom surface of the high resistance layer is at the same height as the interface between the n+ type semiconductor layer and the n− type semiconductor layer, or is lower than the interface between the n+ type semiconductor layer and the n− type semiconductor layer. 6. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, located at . 前記高抵抗層がSiOを含む請求項1~6のいずれかに記載の半導体装置。 7. The semiconductor device according to claim 1, wherein said high resistance layer contains SiO 2 . さらに、前記n-型半導体層上に形成されている絶縁体層を有し、前記ショットキー電極の端部が前記絶縁体層上に位置している請求項1~7のいずれかに記載の半導体装置。 8. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, further comprising an insulator layer formed on said n-type semiconductor layer, wherein an end portion of said Schottky electrode is located on said insulator layer. semiconductor device. 前記高抵抗層が前記半導体装置の内側に位置する第1の領域と、前記半導体装置の外側に位置する第2の領域とを有し、前記第1の領域の底面と前記n+型半導体層の上面との距離が、1.5μm未満であり、前記第2の領域の底面が前記第1の領域の底面よりも上側に位置している請求項1~8のいずれかに記載の半導体装置。 The high resistance layer has a first region located inside the semiconductor device and a second region located outside the semiconductor device, and the bottom surface of the first region and the n + type semiconductor layer are separated from each other. 9. The semiconductor device according to claim 1, wherein the distance from the top surface is less than 1.5 μm, and the bottom surface of said second region is located above the bottom surface of said first region. 前記ショットキー電極の外端部と前記n-半導体層表面の少なくとも一部とを覆うパッシベーション膜をさらに有する請求項1~10のいずれかに記載の半導体装置。 11. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a passivation film covering an outer edge of said Schottky electrode and at least a portion of said n- semiconductor layer surface. ダイオードである請求項1~10のいずれかに記載の半導体装置。 11. The semiconductor device according to claim 1, which is a diode. パワーデバイスである請求項1~11のいずかに記載の半導体装置。 12. The semiconductor device according to claim 1, which is a power device. 請求項1~12のいずれかに記載の半導体装置を用いた電力変換装置。 A power converter using the semiconductor device according to any one of claims 1 to 12. 請求項1~12のいずれかに記載の半導体装置を用いた制御システム。 A control system using the semiconductor device according to any one of claims 1 to 12.
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