JP2023143723A

JP2023143723A - 積層構造体および半導体装置

Info

Publication number: JP2023143723A
Application number: JP2023011845A
Authority: JP
Inventors: 孝四戸; Takashi Shinohe; 裕之安藤; Hiroyuki Ando; 安史樋口; Yasushi Higuchi; 慎平松田; Shimpei Matsuda; 弘紀渡辺; Hiroki Watanabe; 英夫松木; Hideo Matsuki; 真一星; Shinichi Hoshi; 高司金村; Takashi Kanemura
Original assignee: Denso Corp; Flosfia Inc; Mirise Technologies Corp
Current assignee: Denso Corp; Flosfia Inc; Mirise Technologies Corp
Priority date: 2022-03-25
Filing date: 2023-01-30
Publication date: 2023-10-06

Abstract

【課題】工業的に有用であり、かつ半導体特性に優れた積層構造体を提供する。【解決手段】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種以上の金属の酸化物を主成分とする第１の結晶性酸化物膜と、該第１の結晶性酸化物膜上に形成されている第２の結晶性酸化物膜とを少なくとも備える積層構造体であって、前記第１の結晶性酸化物膜の主面がｃ面から傾斜した面であり、前記第２の結晶性酸化物膜が、第１の金属としての周期表第９族金属および第２の金属としての周期表第１３族金属を少なくとも含み、前記第１の金属の濃度が膜厚方向に変化する濃度傾斜膜である積層構造体。【選択図】なし

Description

本発明は、特にパワー半導体に有用な、積層構造体および半導体装置に関する。

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

そして、近年においては、酸化ガリウム系のｐ型半導体が検討されており、例えば、特許文献２には、β－Ｇａ_２Ｏ_３系結晶を、ＭｇＯ（ｐ型ドーパント源）を用いてＦＺ法により形成したりすると、ｐ型導電性を示す基板が得られることが記載されている。また、特許文献３には、ＭＢＥ法により形成したα－（Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘ）_２Ｏ_３単結晶膜にｐ型ドーパントを添加してｐ型半導体を形成することが記載されている。しかしながら、特許文献２や特許文献３に記載の方法では、半導体装置に適用可能な半導体特性を有するｐ型半導体を実現することは困難であった。そのため、バンドギャップの大きな酸化ガリウムを含むｎ型半導体層を用いた半導体装置に適用可能なｐ型半導体が待ち望まれていた。

国際公開第２０１４／０５０７９３号公報特開２００５－３４０３０８号公報特開２０１３－５８６３７号公報

本発明は、半導体特性に優れた積層構造体を提供することを目的の1つとしている。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、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種以上の金属の酸化物を主成分とする第１の結晶性酸化物膜と、該第１の結晶性酸化物膜上に形成されている第２の酸化物半導体膜とを少なくとも備える積層構造体であって、前記第１の結晶性酸化物膜の主面がｃ面から傾斜した面であり、前記第２の結晶性酸化物膜が、第１の金属としての周期表第９族金属および第２の金属としての周期表第１３族金属を少なくとも含み、前記第１の金属の濃度が膜厚とともに変化する濃度傾斜膜である積層構造体が、特に前記第２の結晶性酸化物膜の膜特性をより良好なものとなることを知見し、このような積層構造体が、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、上記知見を得たのち、さらに検討を重ね、本発明を完成させた。すなわち、本発明は以下の発明に関する。
［１］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種以上の金属の酸化物を主成分とする第１の結晶性酸化物膜と、該第１の結晶性酸化物膜上に形成されている第２の酸化物半導体膜とを少なくとも備える積層構造体であって、
前記第１の結晶性酸化物膜の主面がｃ面から傾斜した面であり、前記第２の結晶性酸化物膜が、第１の金属としての周期表第９族金属および第２の金属としてのガリウムを少なくとも含み、前記第１の金属の濃度が膜厚とともに変化する濃度傾斜膜であることを特徴とする積層構造体。
［２］前記第１の結晶性酸化物膜の主面が、ｃ面と直交する面である前記［１］記載の積層構造体。
［３］前記第１の結晶性酸化物膜の主面が、ｍ面である前記［１］または［２］に記載の積層構造体。
［４］前記第１の結晶性酸化物膜が、ガリウムを少なくとも含む前記［１］～［３］のいずれかに記載の積層構造体。
［５］前記第１の金属が、イリジウムを含む前記［１］～［４］のいずれかに記載の積層構造体。
［６］前記第２の金属が、ガリウムを含む前記［１］～［５］のいずれかに記載の積層構造体。
［７］前記第２の結晶性酸化物膜中における前記第１の金属の濃度が、前記第１の結晶性酸化物膜表面から前記第２の結晶性酸化物膜の膜厚方向に増加している前記［１］～［６］のいずれかに記載の積層構造体。
［８］前記第２の結晶性酸化物膜が、第１の層および第１の層よりも前記第１の金属の濃度が大きい第２の層を含み、前記第１の層が第２の層よりも膜厚方向において前記第１の結晶性酸化物膜側に位置している前記［１］～［７］のいずれかに記載の積層構造体。
［９］前記第１の層における全ての金属元素中の前記第１の金属の濃度が１０％以下である前記［８］記載の積層構造体。
［１０］前記第２の層中に含まれる全ての金属元素中の第１の金属の濃度が１０％以上である前記［８］または［９］に記載の積層構造体。
［１１］前記［１］～［１０］のいずれかに記載の積層構造体と、電極とを少なくとも備えることを特徴とする半導体装置。
［１２］パワーデバイスである前記［１１］記載の半導体装置。
［１３］半導体装置を備える半導体システムであって、前記半導体装置が、前記［１１］または［１２］に記載の半導体装置である半導体システム。

本発明の積層構造体は、半導体特性に優れている。

実施例において用いられる成膜装置（ミストＣＶＤ装置）の概略構成図である。実施例における抵抗率の温度依存性の測定結果を示す図である。実施例における抵抗率の温度依存性の測定結果を示す図である。比較例における抵抗率の温度依存性の測定結果を示す図である。本発明の実施態様における好適な半導体装置を模式的に示す断面図である。本発明の実施態様における好適な半導体装置を模式的に示す断面図である。本発明の実施態様における好適な半導体装置を模式的に示す断面図である。パワーカードの好適な一例を模式的に示す図である。電源システムの好適な一例を模式的に示す図である。システム装置の好適な一例を模式的に示す図である。電源装置の電源回路図の好適な一例を模式的に示す図である。本発明の実施態様における積層構造体の一例を模式的に示す断面図である。本発明の実施態様における濃度傾斜膜の構成を説明する概略図である。本発明の実施態様における積層構造体の一例を模式的に示す断面図である。実施例におけるＸＲＤ測定結果を示す図である。参考例における、膜深さとラザフォード後方散乱分光法（ＲＢＳ）で測定したＩｒ比率（Ｉｒ／（Ｇａ＋Ｉｒ））の値（％）との関係を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。

本発明の積層構造体は、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種以上の金属の酸化物を主成分とする第１の結晶性酸化物膜と、該第１の結晶性酸化物膜上に形成されている第２の結晶性酸化物膜とを少なくとも備える積層構造体であって、前記第１の酸化物半導体膜の主面がｃ面から傾斜した面であり、前記第２の結晶性酸化物膜が、第１の金属としての周期表第９族金属および第２の金属としてのガリウムを少なくとも含み、前記第１の金属の濃度が膜厚とともに変化する濃度傾斜膜であることを特長とする。図１２に本発明の積層構造体の好適な態様を示す。図１２の積層構造体は、第１の結晶性酸化物膜５１と前記第１の結晶性酸化物膜５１上に形成されている第２の結晶性酸化物膜５２とを備える。前記第２の結晶性酸化物膜５２が濃度傾斜膜であり、その少なくとも一部に、膜厚方向に第１の金属の濃度が膜厚とともに変化する濃度傾斜領域を含む。なお、前記第１の金属の濃度は、例えば、ＴＥＭ－ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）またはＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）を用いて測定することができる。

本発明の実施態様において、ｃ面は、｛０００１｝面をいう。また、ｃ面から傾斜した面とは、例えば、｛１１－２０｝面（ａ面）、｛１０－１０｝面（ｍ面）、｛－１０１２｝面（ｒ面）、｛１０－１４｝面（Ｒ面）、｛１１－２３｝面（ｎ面）、｛１０－１１｝面（Ｓ面）等をいう。本発明の実施態様においては、前記第１の結晶性酸化物膜の主面が、ｃ面と直交する面であるのが好ましく、ｍ面またはａ面であるのがより好ましく、ｍ面であるのが最も好ましい。本発明の実施態様によれば、前記第１の結晶性酸化物膜が上記した主面を有する場合であっても、前記第１の結晶性酸化物膜上に形成される前記第２の結晶性酸化物膜の結晶性や半導体特性等を良好なものとすることができる。ここで、前記第１の結晶性酸化物膜の主面は、前記第２の結晶性酸化物膜が形成される面をいう。なお、前記結晶性酸化物膜の主面には、上記した面からオフ角を有する面も含まれる。すなわち、例えば前記主面がａ面である場合、前記主面には、ａ面からオフ角を有する面も含まれる。前記オフ角の範囲は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されない。前記オフ角の範囲は、例えば、０．２°～１２．０°の範囲内である。

前記第１の結晶性酸化物膜は、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種以上の金属の酸化物を主成分とし、主面がｃ面から傾斜した面であれば、特に限定されない。本発明の実施態様においては、前記第１の結晶性酸化物膜が、ガリウムを少なくとも含むのが好ましい。前記第１の結晶性酸化物膜の結晶構造も、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されない。前記第１の結晶性酸化物膜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）、直方晶構造（例えば、κ型構造）、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、前記第１の結晶性酸化物膜がコランダム構造を有するのが好ましい。また、前記第１の結晶性酸化物膜の膜厚は、特に限定されない。前記第１の結晶性酸化物膜の膜厚は、例えば、１μｍ以上であり、好ましくは、３μｍ以上である。ここで、「主成分」とは、例えば、前記第１の結晶性酸化物膜がα－Ｇａ_２Ｏ_３を主成分として含む場合、前記第１の結晶性酸化物膜中に含まれる全ての金属元素に対するガリウムの原子比が０．５以上の割合でガリウムが含まれていることをいう。本発明の実施態様においては、前記第１の結晶性酸化物膜中に含まれる全ての金属元素に対するガリウムの原子比が０．７以上であるのが好ましく、０．９以上であるのがより好ましい。

前記第１の結晶性酸化物膜は、ドーパントを含んでいてもよい。前記ドーパントとしては、例えば、ｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントが挙げられる。前記ｎ型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型ドーパント等が挙げられる。前記ｐ型ドーパントとしては、マグネシウム、水素、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム、ベリリウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、銅、銀、金、亜鉛、カドミウム、水銀、チタン、鉛、窒素およびリン等が挙げられる。前記第１の結晶性酸化物中の前記ドーパントの濃度は、特に限定されない。前記第１の結晶性酸化物膜中の前記ドーパントの濃度は、通常、１×１０^１６／ｃｍ^３～１×１０^２２／ｃｍ^３の範囲内である。本発明の実施態様においては、前記第１の結晶性酸化物膜中の前記ドーパントの濃度を、１×１０^１６／ｃｍ^３～１×１０^１８／ｃｍ^３の範囲内として、ｎ－型半導体層またはｐ－型半導体層として用いてもよい。また、前記第２の結晶性酸化物膜中の前記ドーパントの濃度を、１×１０^１８／ｃｍ^３以上として、ｎ＋型半導体層またはｐ＋型半導体層として用いてもよい。

前記第２の結晶性酸化物膜は、第１の金属としての周期表第９族金属および第２の金属としての周期表第１３族金属を含んでおり、第１の金属の濃度が膜厚とともに変化する濃度傾斜膜であれば、特に限定されない。「濃度傾斜膜」とは、膜厚方向において前記第１の金属の濃度が連続的にまたは不連続で異なる領域（以下、「濃度傾斜領域」ともいう。）を含むものをいう。また、本発明の実施態様においては、前記第２の結晶性酸化物膜中における前記第１の金属の濃度が、前記第１の結晶性酸化物膜表面から膜厚方向に（前記第２の結晶性酸化物膜表面に向かって）増加している濃度傾斜領域を含むのが好ましい。膜厚方向とは、図１２におけるＹ方向をいう。前記濃度傾斜領域の膜厚方向の厚みは、特に限定されない。本発明の実施態様においては、前記濃度傾斜領域の膜厚方向の厚みは、好ましくは、５μｍ以下であり、より好ましくは、３μｍ以下である。図１３に、前記濃度傾斜領域の好ましい態様を示す。図１３（ａ）～（ｄ）は、それぞれ、前記第２の結晶性酸化物膜と前記第１の結晶性酸化物膜との界面（図１２における５２と５１との界面）からの距離（横軸）と縦軸が前記第２の結晶性酸化物膜中の第１の金属の濃度（縦軸）との関係を示す。本発明の実施態様においては、前記濃度傾斜領域が、例えば図１３（ａ）に示すように一次関数的に前記第１の金属濃度が変化するものであってもよいし、図１３（ｂ）に示すように階段関数的に前記第１の金属濃度が変化するものであってもよい。また、図１３（ｃ）または図１３（ｄ）に示すように、二次関数的または指数関数的に前記第１の金属濃度が変化するものであってもよい。図１３（ａ）、図１３（ｃ）、図１３（ｄ）におけるｔ１の値は特に限定されないが、好適には、例えば、０＜ｔ１≦２μｍを満たす値である。また、図１３（ａ）、図１３（ｃ）、図１３（ｄ）におけるｔ２の値も特に限定されないが、好適には、例えば、ｔ１＜ｔ２≦３μｍを満たす値である。また、図１３（ｂ）のｔ１、ｔ２、ｔ３およびｔ４の値も、特に限定されない。本発明の実施態様においては、好適には、例えば、０＜ｔ１≦０．５μｍ、ｔ１＜ｔ２≦１μｍ、ｔ２＜ｔ３≦２μｍ、ｔ３＜ｔ４≦３μｍを満たす値である。また、この場合の図１３（ｂ）におけるｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４の値は、好適には、例えば、０＜ｘ１＜０．２５、ｘ１＜ｘ２＜０．５、ｘ２＜ｘ３＜０．７５、ｘ３＜ｘ４≦１を満たす値である。

本発明の実施態様においては、前記第２の結晶性酸化物膜が、第１の層および該第１の層よりも前記第１の金属の濃度が大きい第２の層を含み、前記第１の層が前記第２の層よりも膜厚方向において前記第１の結晶性酸化物膜側に位置しているものであるのが好ましい。このような好ましい構成の積層構造体の例を図１４に示す。図１４の積層構造体は、第１の結晶性酸化物膜５１上に、第２の結晶性酸化物膜５２として、第１の層５２ａおよび第２の層５２ｂがこの順に形成されている。ここで、第２の層５２ｂ中の第１の金属の濃度は、第１の層５２ａ中の第１の金属の濃度よりも大きい。この場合の前記第１の層中における全ての金属元素に対する前記第１の金属の濃度は、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、前記第１の層中における全ての金属元素に対する前記第１の金属の濃度が、２０％以下であるのが好ましく、１０％以下であるのがより好ましい。前記第１の層中における全ての金属元素に対する前記第１の金属の濃度の下限は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されない。前記第１の金属の濃度の下限は、通常、１％以上であり、好ましくは、５％以上である。このような好ましい第１の層を含むことにより、前記第２の層の結晶性および半導体特性をより良好なものとすることができる。また、前記第２の層に含まれる全ての金属元素に対する前記第１の金属の濃度は、１０％以上であるのが好ましく、２０％以上であるのも好ましい。また、前記第２の層に含まれる全ての金属元素に対する前記第１の金属の濃度の上限は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されない。前記第１の金属の濃度の上限は、通常、５０％以下であり、好ましくは、３０％以下である。前記第２の層をこのような好ましい構成とすることにより、前記第２の結晶性酸化物膜としてより大きなバンドギャップ（例えば、５．０ｅＶ以上）を有するものを得ることができる。なお、前記第１の金属の濃度は、例えば、ＴＥＭ－ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）またはＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）を用いて測定することができる。

前記第２の結晶性酸化物膜中の全ての金属元素中の前記の周期表第９族金属（以下、単に「第９族金属」ともいう。）の原子比は、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、前記第９族金属の原子比は、好ましくは、３０％以下である。周期表第９族金属としては、例えばコバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）およびイリジウム（Ｉｒ）が挙げられる。本発明の実施態様においては前記第９族金属が、イリジウムであるのが好ましい。なお、「周期表」は、国際純正応用化学連合（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＵｎｉｏｎｏｆＰｕｒｅａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙ）（ＩＵＰＡＣ）にて定められた周期表を意味する。なお、前記結晶性酸化物膜中の前記第９族金属の含有率（原子比）の下限は、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、前記第２の結晶性酸化物膜中の前記第９族金属の含有率（原子比）は、通常、１％以上であり、好ましくは、３％以上である。また、前記第２の結晶性酸化物膜中の周期表第１３族金属（以下、単に「第１３族金属」ともいう。）の含有率（原子比）は、７７％以上であるのが好ましく、９０％以上であるのがより好ましい。前記第１３族金属としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）およびインジウム（Ｉｎ）が挙げられる。本発明の実施態様においては、前記第１３族金属が、ガリウムであるのが好ましい。前記第２の結晶性酸化物膜中の第２の金属の含有率（原子比）の上限は、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、前記第２の結晶性酸化物膜中の第２の金属の原子比は、例えば、９５％以下である。上記した好ましい主面とこのような第２の金属（例えば、ガリウム）と周期表第９族金属（例えば、イリジウム）との含有比率の好ましい範囲とを組み合わせることにより、よりバンドギャップが大きく（例えば、５．０ｅＶ以上）且つｐ型の導電型を有するガリウム酸化物と第９族金属の酸化物との混晶膜を得ることができる。前記結晶性酸化物膜のバンドギャップは、例えば、４．７ｅＶ以上であり、好ましくは、５．０ｅＶ以上であり、より好ましくは、５．１ｅＶ以上である。

前記第２の結晶性酸化物膜の結晶構造も、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されない。前記第２の結晶性酸化物膜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）、直方晶構造（例えば、κ型構造）、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、前記第２の結晶性酸化物膜がコランダム構造を有するのが好ましい。また、前記第２の結晶性酸化物膜の膜厚は、特に限定されないが、本発明の実施態様においては、前記、膜厚が１００nｍ以上であるのが好ましい。また、前記第２の結晶性酸化物膜の表面粗さも、特に限定されない。本発明の実施態様においては、前記表面粗さ（Ｒａ）が、１０ｎｍ以下であるのが好ましく、５ｎｍ以下であるのがより好ましい。ここで、表面粗さ（Ｒａ）は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による１０μｍ角の領域についての表面形状測定結果を用い、ＪＩＳＢ０６０１に基づき算出して得た値をいう。このような好ましい膜厚および表面粗さとすることにより、混晶膜であってもより良好に半導体装置等に適用することができる。

本発明の第１の結晶性酸化物膜および／または第２の結晶性酸化物膜（以下、単に「結晶性酸化物膜」ともいう。）は、好適には以下の方法により得られる。以下、第２の結晶性酸化物膜を成膜する場合を例に説明するが、第１の結晶性酸化物膜の成膜にも好適に用いることができる。本発明の実施態様において、結晶性酸化物膜の製造方法は、例えば、図１のようなコールドウォール式のミストＣＶＤ装置を用いて、周期表第９族金属（以下、単に「第９族金属」ともいう。）及びガリウムを含む原料溶液を霧化して液滴を浮遊させて霧化液滴（ミストを含む）を生成し（霧化工程）、キャリアガスによって、基体の表面まで前記霧化液滴を搬送し（搬送工程）、ついで、前記霧化液滴を熱反応させることにより、前記基体の表面上に周期表第９族金属酸化物および酸化ガリウムの混晶を形成すること（成膜工程）を特長とする。

（霧化工程）
霧化工程は、第９族金属及びガリウムの少なくとも２種類の金属を含む原料溶液を霧化する。なお、前記原料溶液は所望によりさらに他の金属を含んでいてもよい。霧化方法は、前記原料溶液を霧化できさえすれば特に限定されず、公知の方法であってよいが、本発明においては、超音波を用いる霧化方法が好ましい。超音波を用いて得られた霧化液滴は、初速度がゼロであり、空中に浮遊するので好ましく、例えば、スプレーのように吹き付けるのではなく、空間に浮遊してガスとして搬送することが可能な霧化液滴であるので衝突エネルギーによる損傷がないため、非常に好適である。霧化液滴のサイズは、特に限定されず、数ｍｍ程度であってもよいが、好ましくは５０μｍ以下であり、より好ましくは１００ｎｍ～１０μｍである。

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

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

（基体）
前記基体は、前記結晶性酸化物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、本発明においては、基板が好ましい。基板の厚さは、本発明においては特に限定されない。また、基体として、後述するように、基板上にバッファ層等の他の層を積層してもよい。異なる電気導電を有する半導体層を含めて基体として用いてもよい。

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

（搬送工程）
搬送工程では、前記キャリアガスによって前記ミストを基体へ搬送する。キャリアガスの種類としては、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、例えば、酸素、オゾン、窒素やアルゴン等の不活性ガス、または水素ガスやフォーミングガス等の還元ガスなどが挙げられるが、本発明においては、キャリアガスとして酸素を用いるのが好ましい。酸素が用いられているキャリアガスとしては、例えば空気、酸素ガス、オゾンガス等が挙げられるが、とりわけ酸素ガス及び／又はオゾンガスが好ましい。また、キャリアガスの種類は１種類であってよいが、２種類以上であってもよく、キャリアガス濃度を変化させた希釈ガス（例えば１０倍希釈ガス等）などを、第２のキャリアガスとしてさらに用いてもよい。また、キャリアガスの供給箇所も１箇所だけでなく、２箇所以上あってもよい。本発明においては、霧化室、供給管及び成膜室を用いる場合には、前記霧化室及び前記供給管にそれぞれキャリアガスの供給箇所を設けるのが好ましく、前記霧化室にはキャリアガスの供給箇所を設け、前記供給管には希釈ガスの供給箇所を設けるのがより好ましい。また、キャリアガスの流量は、特に限定されないが、０．０１～２０Ｌ／分であるのが好ましく、１～１０Ｌ／分であるのがより好ましい。希釈ガスの場合には、希釈ガスの流量が、０．００１～５Ｌ／分であるのが好ましく、０．１～３Ｌ／分であるのがより好ましい。

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

本発明の実施態様においては、前記基体上にそのまま成膜してもよいが、前記基体上に、前記結晶性酸化物膜とは異なる半導体層（例えば、ｎ型半導体層、ｎ＋型半導体層、ｎ－型半導体層等）や絶縁体層（半絶縁体層も含む）、バッファ層等の他の層を積層したのち、前記基体上に他の層を介して成膜してもよい。半導体層や絶縁体層としては、例えば、前記第１３族金属を含む半導体層や絶縁体層等が挙げられる。バッファ層としては、例えば、コランダム構造を含む半導体層、絶縁体層または導電体層などが好適な例として挙げられる。前記のコランダム構造を含む半導体層としては、例えば、α―Ｆｅ_２Ｏ_３、α―Ｇａ_２Ｏ_３、α―Ａｌ_２Ｏ_３などが挙げられる。前記バッファ層の積層方法は特に限定されず、前記ｐ型酸化物半導体の形成方法と同様であってよい。

なお、本発明の実施態様においては、前記第２の結晶性酸化物膜の成膜前又は成膜後に、ｎ型半導体層として前記第１の結晶性酸化物膜を形成するのが好ましい。より具体的には、前記半導体装置の製造方法において、少なくとも前記第１の結晶性酸化物膜（ｐ型半導体層）とｎ型半導体層（第１の結晶性酸化物膜）とを積層する工程を含むのが好ましい。ｎ型半導体層の形成方法は特に限定されず、公知の方法であってよいが、本発明においては、上記したミストＣＶＤ法が好ましい。

上記の好適な製造方法によって得られた特定の積層構造体は、工業的に有用であり、また、前記第２の結晶性酸化物膜が半導体特性に優れている。上記した好適な製造方法によれば、ｐ型の導電型を有する前記第２の結晶性酸化物膜と前記第１の結晶性酸化物膜とを含む積層構造体を得ることができる、ここで、「ｐ型」とは、ホール効果測定や走査型静電容量顕微鏡（ＳＣＭ：ＳｃａｎｎｉｎｇＣａｐａｃｉｔａｎｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）、走査型非線形誘電率顕微鏡（ＳＮＤＭ：ＳｃａｎｎｉｎｇＮｏｎｌｉｎｅａｒＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）等によって判定されるキャリアタイプをいう。前記第２の結晶性酸化物膜のキャリア密度（ホール効果測定にて得られる半導体膜中のキャリア密度）の下限は特に限定されないが、約１．０×１０^１５／ｃｍ^３以上が好ましく、約１．０×１０^１８／ｃｍ^３以上がより好ましい。本発明の実施態様においては、周期表第９族金属が含まれる場合であっても、キャリア密度が５．０×１０^１９／ｃｍ^３以下で且つｐ型の導電型を有する第２の結晶性酸化物膜を得ることができる。特に、膜中の金属元素中のＩｒ比率を１０％以下とすることで、上記のような好ましいキャリア密度の結晶性酸化物膜を得ることができる。また、本発明の実施態様においては、膜中の金属元素中のＩｒ比率を９．５％以下とすることで、キャリア密度が２．０×１０^１９／ｃｍ^３以下の結晶性酸化物膜が得られる。なお、膜中の金属元素中のＩｒ比率の下限は、特に限定されないが、例えば、５％以上であり、好ましくは、６．８％以上である。

以下、参考例として、図１４に示す積層構造体の第１の層を第１の結晶性酸化物膜上に形成した例について説明する。

本参考例においては、上述の製造方法に従い、図１に示すミストＣＶＤを用いて、表面に第１の結晶性酸化物膜としてのｍ面α－Ｇａ_２Ｏ_３膜が形成されたサファイア基板上に第２の結晶性酸化物膜における第１の層として、α－（Ｉｒ，Ｇａ）_２Ｏ_３膜を成膜した。膜中のイリジウムの含有比率を変えて成膜を行い、表１に示す特性のα－（Ｉｒ，Ｇａ）_２Ｏ_３膜を得た。なお、参考例２の膜について、Ｘ線回折測定の結果を図１５に示す。また、膜中のＩｒ比率はエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ：ＥｎｅｒｇｙＤｉｓｐｅｒｓｉｖｅＸ－ｒａｙＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて算出した。また、キャリアタイプはホール効果測定により確認した。なお、参考例２で得られた結晶性酸化物膜のキャリア密度は、１．０×１０^１７／ｃｍ^３であり、表面粗さ（Ｒａ）は１．２ｎｍであった。また、断面ＴＥＭ（透過電子顕微鏡）観察を行った結果、良好な膜状のα－（Ｉｒ，Ｇａ）_２Ｏ_３が得られていることが分かった。また、温度特性については、抵抗率の温度依存性を測定することによって確認した。なお、参考例１においても表面粗さ（Ｒａ）等の結果は参考例２と同等の結果であった。参考例１～参考例３の抵抗率の温度依存性を常温から２５０℃の範囲で測定した結果を、図２、図３および図４にそれぞれ示す。これら参考例１～参考例４の結果から、第１の層としては、例えばＩｒ比率が１０％以下のα－（Ｉｒ，Ｇａ）_２Ｏ_３膜を成膜し、第２の層として、第１の層よりＩｒ比率の大きいα－（Ｉｒ，Ｇａ）_２Ｏ_３膜を成膜することで、結晶性がより良好で、ｐ型半導体層として有用な第２の結晶性酸化物膜が得られることがわかる。このことは、ｃ面から傾斜した面（ｍ面等）に特有の現象であり、実際にｍ面のα－Ｇａ_２Ｏ_３膜上にα－（Ｉｒ，Ｇａ）_２Ｏ_３膜を作製して初めて明らかとなった新知見である。また、再現性を確かめるためにさらに実験を行った結果、膜中の金属元素中のＩｒ比率が９．５％、１１．７％および１４．３％の場合にも、参考例１および参考例２と同様のキャリアタイプ、同様の抵抗率の温度特性および表面粗さ（Ｒａ）となることを確認した。なお、膜中の金属元素中のＩｒ比率が９．５％の場合には、キャリア密度は１．９８×１０^１９／ｃｍ^３であった。

本発明の実施態様においては、第２層のＩｒ比率が第１層のＩｒ比率よりも大きくなるように、第１の結晶性酸化物膜および第２の結晶性酸化物膜を成膜してもよい。このように成膜した場合の膜深さと膜中のＩｒ比率（Ｉｒ／（Ｇａ＋Ｉｒ））の値（％）との関係を、参考例５および参考例６として図１６に示す。

上記のようにして得られる積層構造体の第２の結晶性酸化物膜は、例えばｐ型半導体層として半導体装置に用いることができ、とりわけ、パワーデバイスに有用である。前記結晶性酸化物膜および／または積層構造体を半導体装置に用いることにより、ラフネス散乱を抑制することができ、半導体装置のチャネル移動度を優れたものとすることができる。また、半導体装置は、電極が半導体層の片面側に形成された横型の素子（横型デバイス）と、半導体層の表裏両面側にそれぞれ電極を有する縦型の素子（縦型デバイス）に分類することができ、本発明においては、横型デバイスにも縦型デバイスにも好適に用いることができるが、中でも、縦型デバイスに用いることが好ましい。前記半導体装置としては、例えば、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）、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）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）、接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）または発光ダイオードなどが挙げられる。

前記積層構造体の第２の結晶性酸化物膜をｐ型半導体層に用いた例を図５～７に示す。なお、ｎ型半導体層は、前記第２の結晶性酸化物膜と同じ主成分であってｎ型ドーパントを含むものであってもよいし、前記結晶性酸化物膜とは主成分等が異なるｎ型半導体層であってもよい。本発明の実施態様においては、前記ｎ型半導体層は、前記結晶性酸化物膜とは主成分が異なるものであるのが好ましい。前記ｎ型半導体層として、前記第１の結晶性酸化物膜を用いてもよい。また、前記ｎ型半導体は、例えば、ｎ型ドーパントの含有量を調整することにより、ｎ－型半導体層、ｎ＋型半導体層などとして適宜用いられる。

図５は、本発明の好適な半導体装置の一例を示す。図５の半導体装置は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であり、ｎ＋型半導体層（ドレイン層）１、ｎ－型半導体層（ドリフト層）２、ｐ＋型半導体層（ディープｐ層）６、ｐ－型半導体層（チャネル層）７、ｎ＋型半導体層（ｎ＋ソース層）１１、ゲート絶縁膜１３、ゲート電極３、ｐ＋型半導体層１６、ソース電極２４およびドレイン電極２６を備えている。なお、ｐ＋型半導体層（ディープｐ層）６は、少なくともその一部が、ゲート電極３の埋設下端部３ａよりも深い位置にまで前記ｎ－型半導体層２内に埋設されている。図５の半導体装置のオン状態では、前記ソース電極２４と前記ドレイン電極２６との間に電圧を印加し、前記ゲート電極３に前記ソース電極２４に対して正の電圧を与えると、前記ｐ－型半導体層７とゲート絶縁膜１３との界面にチャネルが形成され、ターンオンする。オフ状態は、前記ゲート電極３の電圧を０Ｖにすることにより、チャネルができなくなり、ターンオフする。また、図５の半導体装置は、ｐ＋型半導体層６が、ゲート電極３よりも深くｎ－型半導体層２に埋め込まれている。このような構成とすることにより、ゲート電極下部近傍の電界を緩和することができ、ゲート絶縁膜１３やｎ－型半導体層２内の電界分布をより良好なものとすることができる。なお、本発明においては、ｐ＋型半導体層（ディープｐ層）６として、前記結晶性酸化物膜を用いるのが好ましい。

前記ゲート電極、前記ソース電極および前記ドレイン電極（以下、単に「電極」ともいう。）の材料は、それぞれ電極として用いることができるものであれば、特に限定されず、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。本発明においては、前記電極の材料が、金属、金属化合物、金属酸化物、金属窒化物であるのが好ましい。前記金属としては、好適には例えば、周期表第４族～第１１族から選ばれる少なくとも１種の金属などが挙げられる。周期表第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）などが挙げられる。周期表第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）等から選ばれる１種または２種以上の金属などが挙げられる。周期表第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）などが挙げられる。周期表第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）などが挙げられる。周期表第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）などが挙げられる。周期表第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）などが挙げられる。周期表第１１族の金属としては、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などが挙げられる。

前記電極の形成手段としては、例えば公知の手段などが挙げられ、より具体的には例えば、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等の公知の手段が挙げられる。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。

前記ゲート絶縁膜（層間絶縁膜）の構成材料は、特に限定されず、公知の材料であってよい。前記ゲート絶縁膜の材料としては、例えば、ＳｉＯ_２膜、ＳｉＯＮ膜、ＡｌＯＮ膜、ＡｌＮ膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＨｆＯ２膜、リン添加ＳｉＯ_２膜（ＰＳＧ膜）、ボロン添加ＳｉＯ_２膜、リンーボロン添加ＳｉＯ_２膜（ＢＰＳＧ膜）等が挙げられる。前記ゲート絶縁膜の形成方法としては、例えば、ＣＶＤ法、大気圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、ＡＬＤ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、前記ゲート絶縁膜の形成方法が、ミストＣＶＤ法または大気圧ＣＶＤ法であるのが好ましい。また、前記ゲート電極の構成材料は、特に限定されず、公知の電極材料であってよい。前記ゲート電極の構成材料としては、例えば、上記した前記ソース電極の構成材料等が挙げられる。前記ゲート電極の形成方法は、特に限定されない。前記ゲート電極の形成方法としては、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。前記ｎ＋型半導体層１および前記ｎ－型半導体層２の材料は、上記したｎ型半導体層の材料と同様であってよい。

図５の半導体装置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等により成膜した後、フォトリソグラフィー法によりパターニングする手段、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が、本発明においては、ミストＣＶＤ法が好ましい。

図６は、本発明の好適な半導体装置の他の一例を示す。図６の半導体装置は、金属酸化膜半導体電界効果トラジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であり、ｐ＋型半導体層（ディープｐ層）６とｎ－型半導体層（ドリフト層）２との間にｉ型半導体層２８が設けられている点で、図６の半導体装置と異なる。ｉ型半導体層２８は、ｎ－型半導体層２よりもキャリア密度が小さいものであれば、特に限定されない。本発明の実施態様においては。前記ｐ＋型半導体層６として、前記結晶性酸化物膜を用いるのが好ましい。本発明の実施態様においては、前記ｉ型半導体層２８の主成分がｎ－型半導体層２の主成分と同一であるのが好ましい。

図７は、本発明の好適な半導体装置の他の一例を示す。図７の半導体装置は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であり、ゲート底部付近にｐ型半導体層２７を備える点で図６の半導体装置と異なる。前記ｐ型半導体層２７は、前記ｐ－型半導体層（チャネル層）７の主成分であるｐ型酸化物半導体と異なるｐ型酸化物半導体を主成分として含むのが好ましい。本発明においては、前記ｐ型半導体層２７の主成分が、前記ｐ＋型半導体層６と同様であってもよい。

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

本発明においては、前記半導体装置が、パワーカードであるのが好ましく、冷却器および絶縁部材を含んでおり、前記半導体層の両側に前記冷却器がそれぞれ少なくとも前記絶縁部材を介して設けられているのがより好ましく、前記半導体層の両側にそれぞれ放熱層が設けられており、放熱層の外側に少なくとも前記絶縁部材を介して前記冷却器がそれぞれ設けられているのが最も好ましい。図８は、本発明の好適な実施態様の一つであるパワーカードを示す。図８のパワーカードは、両面冷却型パワーカード２０１となっており、冷媒チューブ２０２、スペーサ２０３、絶縁板（絶縁スペーサ）２０８、封止樹脂部２０９、半導体チップ３０１ａ、金属伝熱板（突出端子部）３０２ｂ、ヒートシンク及び電極３０３、金属伝熱板（突出端子部）３０３ｂ、はんだ層３０４、制御電極端子３０５、ボンディングワイヤ３０８を備える。冷媒チューブ２０２の厚さ方向断面は、互いに所定間隔を隔てて流路方向に延在する多数の隔壁２２１で区画された流路２２２を多数有している。このような好適なパワーカードによればより高い放熱性を実現することができ、より高い信頼性を満たすことができる。

半導体チップ３０１ａは、金属伝熱板（突出端子部）３０２ｂの内側の主面上にはんだ層３０４で接合され、半導体チップ３０１ａの残余の主面には、金属伝熱板（突出端子部）３０３ｂがはんだ層３０４で接合され、これによりＩＧＢＴのコレクタ電極面及びエミッタ電極面にフライホイルダイオード３０１ｂのアノード電極面及びカソード電極面がいわゆる逆並列に接続されている。金属伝熱板（突出端子部）３０２ｂおよび３０３ｂの材料としては、例えば、ＭｏまたはＷ等が挙げられる。金属伝熱板（突出端子部）３０２ｂおよび３０３ｂは、半導体チップ３０１ａと３０１ｂの厚さの差を吸収する厚さの差をもち、これにより金属伝熱板３０２ｂおよび３０３ｂの外表面は平面となっている。

樹脂封止部２０９は例えばエポキシ樹脂からなり、これら金属伝熱板３０２ｂおよび３０３ｂの側面を覆ってモールドされており、半導体チップ３０１ａおよびフライホイルダイオード３０１ｂは樹脂封止部２０９でモールドされている。但し、金属伝熱板３０２ｂおよび３０３ｂの外主面すなわち接触受熱面は完全に露出している。金属伝熱板（突出端子部）３０２ｂおよび３０３ｂは樹脂封止部２０９から図８中、右方に突出し、いわゆるリードフレーム端子である制御電極端子３０５は、例えばＩＧＢＴが形成された半導体チップ３０１ａのゲート（制御）電極面と制御電極端子３０５とを接続している。

絶縁スペーサである絶縁板２０８は、例えば、窒化アルミニウムフィルムで構成されているが、他の絶縁フィルムであってもよい。絶縁板２０８は金属伝熱板３０２ｂおよび３０３ｂを完全に覆って密着しているが、絶縁板２０８と金属伝熱板３０２ｂおよび３０３ｂとは、単に接触するだけでもよいし、シリコングリスなどの良熱伝熱材を塗布してもよいし、それらを種々の方法で接合させてもよい。また、セラミック溶射などで絶縁層を形成してもよく、絶縁板２０８を金属伝熱板上に接合してもよく、冷媒チューブ上に接合または形成してもよい。

冷媒チューブ２０２は、アルミニウム合金を引き抜き成形法あるいは押し出し成形法で成形された板材を必要な長さに切断して作製されている。冷媒チューブ２０２の厚さ方向断面は、互いに所定間隔を隔てて流路方向に延在する多数の隔壁２２１で区画された流路２２２を多数有している。スペーサ２０３は、例えば、はんだ合金などの軟質の金属板であってよいが、金属伝熱板３０２ｂおよび３０３ｂの接触面に塗布等によって形成したフィルム（膜）としてもよい。この軟質のスペーサ２０３の表面は、容易に変形して、樹脂封止部２０９の微小凹凸や反り、冷媒チューブ２０２の微小凹凸や反りになじんで熱抵抗を低減する。なお、スペーサ２０３の表面等に公知の良熱伝導性グリスなどを塗布してもよく、スペーサ２０３を省略してもよい。

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

１ｎ＋型半導体層
２ｎ－型半導体層（ドリフト層）
３ゲート電極
３ａ埋設下端部
６ｐ＋型半導体層（ディープｐ層）
７ｐ－型半導体層（チャネル層）
１１ｎ＋型半導体層
１３ゲート絶縁膜
１６ｐ＋型半導体層
２４ソース電極
２６ドレイン電極
２７ｐ型半導体層
２８ｉ型半導体層
２９ミストＣＶＤ装置
３０基板
３２ａキャリアガス供給装置
３２ｂキャリアガス（希釈）供給装置
３３ａ流量調節弁
３３ｂ流量調節弁
３４ミスト発生源
３４ａ原料溶液
３４ｂミスト
３５容器
３５ａ水
３６超音波振動子
３７供給管
３８ヒーター
４０成膜室
５１第１の結晶性酸化物膜
５２第２の結晶性酸化物膜
５２ａ第１の層
５２ｂ第２の層
１７０電源システム
１７１電源装置
１７２電源装置
１７３制御回路
１８０システム装置
１８１電子回路
１８２電源システム
１９２インバータ
１９３トランス
１９４整流ＭＯＳＦＥＴ
１９５ＤＣＬ
１９６ＰＷＭ制御回路
１９７電圧比較器
２０１両面冷却型パワーカード
２０２冷媒チューブ
２０３スペーサ
２０８絶縁板（絶縁スペーサ）
２０９封止樹脂部
２２１隔壁
２２２流路
３０１ａ半導体チップ
３０１ｂフライホイルダイオード
３０２ｂ金属伝熱板（突出端子部）
３０３ヒートシンク及び電極
３０３ｂ金属伝熱板（突出端子部）
３０４はんだ層
３０５制御電極端子
３０８ボンディングワイヤ

Claims

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種以上の金属の酸化物を主成分とする第１の結晶性酸化物膜と、該第１の結晶性酸化物膜上に形成されている第２の結晶性酸化物膜とを少なくとも備える積層構造体であって、前記第１の結晶性酸化物膜の主面がｃ面から傾斜した面であり、前記第２の結晶性酸化物膜が、第１の金属としての周期表第９族金属および第２の金属としての周期表第１３族金属を少なくとも含み、前記第１の金属の濃度が膜厚方向に変化する濃度傾斜膜であることを特徴とする積層構造体。
前記第１の結晶性酸化物膜の主面が、ｃ面と直交する面である請求項１記載の積層構造体。
前記第１の結晶性酸化物膜の主面が、ｍ面である請求項１または２に記載の積層構造体。
前記第１の結晶性酸化物膜が、ガリウムを少なくとも含む請求項１～３のいずれかに記載の積層構造体。
前記第１の金属が、イリジウムを含む請求項１～４のいずれかに記載の積層構造体。
前記第２の金属が、ガリウムを含む請求項１～５のいずれかに記載の積層構造体。
前記第２の結晶性酸化物膜中における前記第１の金属の濃度が、前記第１の結晶性酸化物膜表面から前記第２の結晶性酸化物膜の膜厚方向に増加している請求項１～６のいずれかに記載の積層構造体。
前記第２の結晶性酸化物膜が、第１の層および第１の層よりも前記第１の金属の濃度が大きい第２の層を含み、前記第１の層が第２の層よりも膜厚方向において前記第１の結晶性酸化物膜側に位置している請求項１～７のいずれかに記載の積層構造体。
前記第１の層における全ての金属元素中の前記第１の金属の濃度が１０％以下である請求項８記載の積層構造体。
前記第２の層中に含まれる全ての金属元素中の第１の金属の濃度が１０％以上である請求項８または９に記載の積層構造体。
請求項１～１０のいずれかに記載の積層構造体と、電極とを少なくとも備えることを特徴とする半導体装置。
パワーデバイスである請求項１１記載の半導体装置。
半導体装置を備える半導体システムであって、前記半導体装置が、請求項１１または１２に記載の半導体装置である半導体システム。