JP5343224B1 - 半導体装置および結晶 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明によれば、コランダム型結晶構造を有する下地基板とコランダム型結晶構造を有する半導体層、コランダム型結晶構造を有する絶縁膜とから形成される半導体装置が提供される。コランダム型の結晶構造を持つ材料のなかには酸化膜が多く含まれ、絶縁膜としての機能を果たすことができることのみならず、下地基板、半導体層および絶縁膜がすべてコランダム型の結晶構造を有していることにより下地基板上に良質な半導体層、絶縁膜を実現することができる。
【選択図】図2
Description
特にSiCを材料とする高耐圧半導体デバイスにおいては、シリコンと同様、基板表面にMOS構造を形成するSiCMOSFETの開発が進められてきた。
しかし、SiC半導体装置やGaN半導体装置では、多くの解決すべき課題が残されている。なかでも重大な課題は、ノーマリーオフ型の素子構造が困難である問題である。
特にSiCMOSFETのMOS構造においては、良質な絶縁膜の形成が困難であることに起因することが明らかになってきた。これは、結晶性の良い半導体層を形成することに注視するあまり、結晶性が良く良好なデバイス特性が期待されるSiC等の半導体が選択され、そのうえで、熱酸化等の手法による実現可能な絶縁膜の選択、成膜プロセスの検討が行われてきてきたことに因る。
たとえば、図2に示すように、下地基板6にα型サファイアAl2O3、半導体層5に不純物ドープされたα型InX1AlY1GaZ1O3(0≦X1≦2、0≦Y1≦2、0≦Z1≦2、X1+Y1+Z1=1.5〜2.5)、絶縁膜4にα型AlX2GaY2O3(0≦X2≦2、0≦Y2≦2、X2+Y2=1.5〜2.5)を形成することができる。X1、Y1、Z1、X2、Y2は、それぞれ、具体的には例えば、0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。X1+Y1+Z1、X2+Y2は、それぞれ、具体的には例えば、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよいし、下地基板と半導体層、絶縁膜の3層のうち、1層のみ異なる材料、異なる組成で形成してもよい。
ここで結晶性応力緩和層の異種材料総数は1以上であれば良い。X1、Y1、X2、Y2、Z2、X3、Y3は、それぞれ、具体的には例えば、0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。X1+Y1、X2+Y2+Z2、X3+Y3は、それぞれ、具体的には例えば、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。
半導体装置の製造方法およびコランダム型結晶を成膜する際に使用する成膜装置10Aについて説明する。
[コランダム型結晶材料および組成]
[取り出し]
[膜構造]
2 半導体層
3 下地基板
4 絶縁膜
5 半導体層
6 下地基板
7 絶縁膜
8 半導体層
9 結晶性応力緩和層
10 下地基板
11 絶縁膜
12 キャップ層
13 半導体層
14 結晶性応力緩和層
15 下地基板
16 絶縁膜
17 構造相転移防止層
18 半導体層
19 成膜装置
20 被成膜試料
21 試料台
22 窒素源
23 流量調節弁
24 ミスト発生源
24a 溶液
25 ミスト発生源
25a 水
26 超音波振動子
27 成膜室
28 ヒータ
Claims (12)
- コランダム型結晶構造を有する下地基板と、コランダム型結晶構造を有する半導体層と、コランダム型結晶構造を有する絶縁膜とを備え、
前記半導体層は、不純物ドープされたα型In X1 Al Y1 Ga Z1 O 3 (0≦X1≦2、0≦Y1≦2、0≦Z1≦2、X1+Y1+Z1=1.5〜2.5であり、かつX1≧0.1又はZ1≧0.1)膜からなり、
かつ以下の特徴(1)〜(3)の少なくとも1つを備える半導体装置。
(1)前記下地基板は、α型サファイアからなり、前記下地基板と前記半導体層との間に、コランダム型結晶構造を有する結晶性応力緩和層を有し、前記結晶性応力緩和層は、1層以上から形成され、かつ前記下地基板側から前記半導体層側に向かってAl量を徐々に低減させたα型Al X2 Ga Y2 O 3 (0≦X2≦2、0≦Y2≦2、X2+Y2=1.5〜2.5)膜からなる。
(2)前記半導体層と絶縁膜との間に、前記半導体層の結晶材料と前記絶縁膜の結晶材料で使用されている元素の少なくとも一部の元素を含む結晶からなるキャップ層を備え、前記キャップ層は、1層以上から形成され、かつ前記半導体層側から前記絶縁膜側に向かってAl量を徐々に大きくしたα型Al X3 Ga Y3 O 3 (0≦X3≦2、0≦Y3≦2、X3+Y3=1.5〜2.5)膜からなり、前記絶縁膜は、α型Al X4 Ga Y4 O 3 (0≦X4≦2、0≦Y4≦2、X4+Y4=1.5〜2.5)膜からなる。
(3)前記半導体層と前記絶縁膜との間に、前記半導体層の結晶材料と前記絶縁膜の結晶材料で使用されている元素の少なくとも一部の元素を含む結晶からなる構造相転移防止層を備え、前記構造相転移防止層は、1層以上から形成され、かつ前記半導体層側から前記絶縁膜側に向かってAl量を徐々に大きくしたα型Al X5 Ga Y5 O 3 (0≦X5≦2、0≦Y5≦2、X5+Y5=1.5〜2.5)膜からなり、前記絶縁膜は、α型Al X4 Ga Y4 O 3 (0≦X4≦2、0≦Y4≦2、X4+Y4=1.5〜2.5)膜からなる。 - 前記下地基板、前記半導体層、及び前記絶縁膜は、格子定数差15%以内である請求項1に記載の半導体装置。
- 前記下地基板、前記半導体層、及び前記絶縁膜の少なくともいずれかの層が、異なる組成の結晶から形成される請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
- 前記特徴(1)を備え、前記絶縁膜は、α型Al X4 Ga Y4 O 3 (0≦X4≦2、0≦Y4≦2、X4+Y4=1.5〜2.5)膜からなる、請求項1〜請求項3の何れか1つに記載の半導体装置。
- 前記特徴(2)と(3)の少なくとも一方を備え、前記下地基板は、α型サファイアからなる、請求項1〜請求項4の何れか1つに記載の半導体装置。
- 前記下地基板と前記半導体層との間に、コランダム型結晶構造を有する結晶性応力緩和層を有し、前記結晶性応力緩和層は、1層以上から形成され、かつ前記下地基板側から前記半導体層側に向かってAl量を徐々に低減させたα型Al X2 Ga Y2 O 3 (0≦X2≦2、0≦Y2≦2、X2+Y2=1.5〜2.5)膜からなる、請求項5に記載の半導体装置。
- コランダム型結晶構造を有する下地基板と、コランダム型結晶構造を有する半導体層と、コランダム型結晶構造を有する絶縁膜とを備え、
前記半導体層は、不純物ドープされたα型In X1 Al Y1 Ga Z1 O 3 (0≦X1≦2、0≦Y1≦2、0≦Z1≦2、X1+Y1+Z1=1.5〜2.5であり、かつX1≧0.1又はZ1≧0.1)膜からなり、
かつ以下の特徴(1)〜(3)の少なくとも1つを備える結晶。
(1)前記下地基板は、α型サファイアからなり、前記下地基板と前記半導体層との間に、コランダム型結晶構造を有する結晶性応力緩和層を有し、前記結晶性応力緩和層は、1層以上から形成され、かつ前記下地基板側から前記半導体層側に向かってAl量を徐々に低減させたα型Al X2 Ga Y2 O 3 (0≦X2≦2、0≦Y2≦2、X2+Y2=1.5〜2.5)膜からなる。
(2)前記半導体層と絶縁膜との間に、前記半導体層の結晶材料と前記絶縁膜の結晶材料で使用されている元素の少なくとも一部の元素を含む結晶からなるキャップ層を備え、前記キャップ層は、1層以上から形成され、かつ前記半導体層側から前記絶縁膜側に向かってAl量を徐々に大きくしたα型Al X3 Ga Y3 O 3 (0≦X3≦2、0≦Y3≦2、X3+Y3=1.5〜2.5)膜からなり、前記絶縁膜は、α型Al X4 Ga Y4 O 3 (0≦X4≦2、0≦Y4≦2、X4+Y4=1.5〜2.5)膜からなる。
(3)前記半導体層と前記絶縁膜との間に、前記半導体層の結晶材料と前記絶縁膜の結晶材料で使用されている元素の少なくとも一部の元素を含む結晶からなる構造相転移防止層を備え、前記構造相転移防止層は、1層以上から形成され、かつ前記半導体層側から前記絶縁膜側に向かってAl量を徐々に大きくしたα型Al X5 Ga Y5 O 3 (0≦X5≦2、0≦Y5≦2、X5+Y5=1.5〜2.5)膜からなり、前記絶縁膜は、α型Al X4 Ga Y4 O 3 (0≦X4≦2、0≦Y4≦2、X4+Y4=1.5〜2.5)膜からなる。 - 前記下地基板、前記半導体層、及び前記絶縁膜は、格子定数差15%以内である請求項7に記載の結晶。
- 前記下地基板、前記半導体層、及び前記絶縁膜の少なくともいずれかの層が、異なる組成の結晶から形成される請求項7または請求項8に記載の結晶。
- 前記特徴(1)を備え、前記絶縁膜は、α型Al X4 Ga Y4 O 3 (0≦X4≦2、0≦Y4≦2、X4+Y4=1.5〜2.5)膜からなる、請求項7〜請求項9の何れか1つに記載の結晶。
- 前記特徴(2)と(3)の少なくとも一方を備え、前記下地基板は、α型サファイアからなる、請求項7〜請求項10の何れか1つに記載の結晶。
- 前記下地基板と前記半導体層との間に、コランダム型結晶構造を有する結晶性応力緩和層を有し、前記結晶性応力緩和層は、1層以上から形成され、かつ前記下地基板側から前記半導体層側に向かってAl量を徐々に低減させたα型Al X2 Ga Y2 O 3 (0≦X2≦2、0≦Y2≦2、X2+Y2=1.5〜2.5)膜からなる、請求項11に記載の結晶。
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