JP5543672B2 - 結晶積層構造体 - Google Patents
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Description
本発明は、エピタキシャル成長用基板に関し、特にβ−Ga2O3系単結晶からなるエピタキシャル成長用基板及び結晶積層構造体に関する。
従来、β−Ga2O3単結晶からなる素子基板にGa含有酸化物を積層した半導体素子が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この種の半導体素子は、β−Ga2O3単結晶基板の主面にMBE(Molecular Beam Epitaxy)法等の物理的気相成長法やCVD(Chemical Vapor Deposition)法等の化学的気相成長法により、n型やp型の導電性を示す層を積層することで構成されている。
また、β−Ga2O3単結晶基板の主面としては、劈開性が強く、平坦な面が容易に得られる(100)面が用いられている(例えば、特許文献2参照)。
ところで、近年の半導体素子のさらなる高性能化のため、素子基板とその上に形成されるエピタキシャル層、及び積層されたエピタキシャル層間における急峻な界面の形成、及びエピタキシャル層の高精度な膜厚の形成が課題となっている。
従って、本発明の目的は、β−Ga2O3単結晶基板上に形成されるGa含有酸化物層の高品質化を図ることができるエピタキシャル成長用基板及び結晶積層構造体を提供することにある。
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意研究し、β−Ga2O3単結晶の何れの結晶面を主面とするかによって、その上に形成されるGa含有酸化物層の品質に変化が現れることを見出し、さらに実験を繰り返すことによって本発明をなすに至った。
本発明は、この実験によって得られた知見に基づくものであり、下記の[1]〜[3]のエピタキシャル成長用基板を含む下記の[4]〜[6]の結晶積層構造体を提供する。
[1]β−Ga2O3系単結晶からなり、その(010)面、又は(010)面に対して37.5°以内の角度範囲で傾斜した面を主面とするエピタキシャル成長用基板。
[2]前記主面が、β−Ga2O3系単結晶の(010)面、又は(010)面から(310)面に至る間の面である、[1]に記載のエピタキシャル成長用基板。
[3]前記主面がβ−Ga2O3系単結晶の(010)面又は(310)面である、[2]に記載のエピタキシャル成長用基板。
[4]β−Ga2O3系単結晶からなり、その(010)面、又は(010)面に対して37.5°以内の角度範囲で傾斜した面を主面とするエピタキシャル成長用基板と、前記エピタキシャル成長用基板の前記主面に形成されたGa含有酸化物からなるエピタキシャル結晶とを有する結晶積層構造体。
[5]前記主面が、β−Ga2O3系単結晶の(010)面、又は(010)面から(310)面に至る間の面である、[4]に記載の結晶積層構造体。
[6]前記主面がβ−Ga2O3系単結晶の(010)面又は(310)面である、[5]に記載の結晶積層構造体。
本発明によれば、β−Ga2O3単結晶基板上に形成されるGa含有酸化物層の高品質化を図ることができる。
図1Aは、本発明の第1の実施の形態に係るエピタキシャル成長用基板の斜視図である。このエピタキシャル成長用基板1は、β−Ga2O3(酸化ガリウム)系単結晶からなり、その(010)面を主面10とする。
エピタキシャル成長用基板1は、所定の面方位を有して板状に形成されている。β−Ga2O3の結晶構造の方位軸は、a軸<100>、b軸<010>、c軸<001>で構成され、エピタキシャル成長用基板1は、これら3つの軸により規定される所定の面方位、すなわち、(010)面、(100)面、(001)面により板状に形成されている。このうち(010)面は、半導体素子を作製する場合にGa含有酸化物のエピタキシャル結晶成長が行なわれる主面10であり、他の面に比較して広い面積を有するように形成されている。
図1Bは、図1Aに示すエピタキシャル成長用基板の面方位を規定した結晶構造を示す立体図である。β−Ga2O3は単斜晶であり、α=γ=90°、β=103.8°で、a軸格子定数(a0)=12.23Å、b軸格子定数(b0)=3.04Å、c軸格子定数(c0)=5.8Åで形成されている。
なお、このエピタキシャル成長用基板1は、上記のようにβ―Ga2O3単結晶からなることを基本とするが、Cu、Ag、Zn、Cd、Al、In、Si、GeおよびSnからなる群から選ばれる1種以上を添加した、Gaを主成分とする酸化物で構成してもよい。これらの元素を添加することにより、格子定数あるいはバンドギャップエネルギー、電気伝導特性を制御することができる。例えば、AlやInの元素を加えることにより、(GaxAlyIn(1−x−y))2O3(ただし、0<x≦1、0≦y≦1、0<x+y≦1)で表わされるエピタキシャル成長用基板1を得ることができる。Alを加えた場合にはバンドギャップが広がり、Inを加えた場合にはバンドギャップが狭くなる。
(エピタキシャル成長用基板1の製造方法)
エピタキシャル成長用基板1は、まず、FZ(Floating Zone)法あるいはEFG(Edge Defined Film Fed Growt)法等によりバルク結晶を作製し、これを切断又は劈開等により切り出して板状に形成することにより製造される。
エピタキシャル成長用基板1は、まず、FZ(Floating Zone)法あるいはEFG(Edge Defined Film Fed Growt)法等によりバルク結晶を作製し、これを切断又は劈開等により切り出して板状に形成することにより製造される。
FZ法では、例えば赤外線加熱単結晶製造装置によりバルク結晶を作製する。具体的には、まず種結晶の一端をシードチャックに保持し、棒状の多結晶素材の上端部を素材チャックに保持する。上部回転軸の上下位置を調節して種結晶の上端と多結晶素材の下端を接触させる。ハロゲンランプの光を種結晶の上端と多結晶素材の下端との部位に集光するように、上部回転軸および下部回転軸の上下位置を調節する。これらの調整をして、種結晶の上端と多結晶素材の下端の部位を加熱して、その加熱部位を溶解し、溶解滴を形成する。このとき、種結晶のみを回転させておく。ついで、多結晶素材と種結晶とが十分になじむように当該部を反対方向に回転させながら溶解し、多結晶素材および種結晶を互いに反対方向に引っ張りながら、適度の長さ及び太さの単結晶を形成することでバルク結晶を作製する。
EFG法では、ルツボに原料となるβ―Ga2O3を所定量入れ、加熱して溶解し、β―Ga2O3融液とする。ルツボ内に配置されたスリットダイに形成するスリットによりβ―Ga2O3融液を毛細管現象によりスリットダイ上面に上昇させ、種結晶にβ―Ga2O3融液を接触させて冷却し、任意の形状の断面を有するバルク結晶を作製する。
なお、これらの製法で作製されるβ―Ga2O3バルク結晶には、所望の導電型を得るための不純物を添加してもよい。
上記のように作成されたβ―Ga2O3バルク結晶を、例えばワイヤーソーによって(010)面が主面として露出するように成形し、厚さが例えば1mmで所望の形状を有する薄板状のβ―Ga2O3を得る。その後、厚さが600μm程度になるまで研削研磨工程を施し、エピタキシャル成長用基板1を得る。
そして、このエピタキシャル成長用基板1に対してメタノール,アセトン,メタノールの順序で3分間ずつの有機洗浄を行い、さらに超純水を用いた流水洗浄、15分間のフッ酸浸漬洗浄、5分間の硫酸過水浸漬洗浄、及び超純水を用いた流水洗浄を行う。その後、800℃において10分間のサーマルクリーニングを行うことで、エピタキシャル成長用基板1の主面にGa含有酸化物をエピタキシャル成長させることが可能な状態となる。
(結晶積層構造体及びその形成方法)
次に、本実施の形態に係る結晶積層構造体及びその形成方法について、図2及び図3を参照して説明する。
次に、本実施の形態に係る結晶積層構造体及びその形成方法について、図2及び図3を参照して説明する。
図2は、本実施の形態に係る結晶積層構造体の構成例を示す断面図である。この結晶積層構造体2は、上記のエピタキシャル成長用基板1の主面10上に、Ga含有酸化物からなるエピタキシャル結晶20を積層して構成される。
このエピタキシャル結晶20は、例えばGaを含むβ−ガリア構造を有する結晶体であり、より具体的には、主としてGa2O3からなる結晶体、又はGa2O3とAl2O3とを含みAl2O3が0wt%より多くかつ60wt%以下である混晶体であり、主としてβ−ガリア構造を有する結晶層である。また、エピタキシャル結晶20には、その導電型を規定する不純物を添加してもよい。
エピタキシャル成長用基板1の主面10にエピタキシャル結晶20を形成する方法としては、例えばPLD(Pulsed Laser Deposition)法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、スパッタリング法、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法等があるが、本実施の形態では、MBE法を用いた薄膜成長法を採用する。MBE法は、分子線エピタキシー法とも呼ばれ、単体あるいは化合物の固体をセルと呼ばれる蒸発源で加熱し、加熱により生成された蒸気を分子線として基板表面に供給する結晶成長方法である。
図3は、結晶積層構造体2の形成に用いられるMBE装置の断面図である。このMBE装置3は、真空槽30と、この真空槽30内に支持され、エピタキシャル成長用基板1を保持する基板ホルダ31と、基板ホルダ31に保持された加熱装置32と、エピタキシャル結晶20を構成する原子又は分子ごとに設けられた複数のセル33(33a,33b,33c,33d)と、複数のセル33を加熱するためのヒータ34(34a,34b,34c,34d)と、真空槽30内に酸素ガスを供給するガス供給パイプ35と、真空槽30内の空気を排出するための真空ポンプ36とを備えている。基板ホルダ31は、シャフト310を介して図示しないモータにより回転可能に構成されている。
第1のセル33aには、エピタキシャル結晶20の材料となるGaが充填されている。第2のセル33bには、同じくエピタキシャル結晶20の材料となるAlが充填されている。また、第3のセル33cには、ドナーとしてドーピングされるSiあるいはSn等の材料が充填されている。第4のセル33dには、アクセプタとしてドーピングされるMgあるいはZn等の材料が充填されている。第1〜第4のセル33a〜33dには、それぞれ図示しないシャッターが設けられており、不要の場合にはこのシャッターを閉じることができるように構成されている。
次に、結晶積層構造体2の製造手順について説明する。まず、エピタキシャル成長用基板1をMBE装置3の基板ホルダ31に取り付ける。次に、真空ポンプ36を作動させ、真空槽30内の気圧を10−10Torr程度まで減圧する。そして、加熱装置32によってエピタキシャル成長用基板1を加熱する。
エピタキシャル成長用基板1が所定の温度に加熱された後、ガス供給パイプ35から真空槽30内に、図示しない酸素発生器によって生成した酸素ガスを供給する。
真空槽30内に酸素ガスを供給した後、エピタキシャル結晶20をGa2O3からなる結晶とする場合には、基板ホルダ31を回転させながら第1のセル33aの第1のヒータ34aを加熱し、Ga蒸気の供給を開始する。また、エピタキシャル結晶20をGa2O3とAl2O3との混晶とする場合には、基板ホルダ31を回転させながら、第1のセル33aの第1のヒータ34aと第2のセル33bの第2のヒータ34bとを加熱し、Ga蒸気及びAl蒸気の供給を開始する。
このエピタキシャル結晶20の成長条件は、エピタキシャル結晶20をGa2O3からなる結晶とする場合には、例えば成長温度が700℃、Gaの等価ビーム圧(Beam Equivalent Pressure:BEP)が3×10−5Pa、成長時間が1時間である。また、エピタキシャル結晶20をGa2O3とAl2O3との混晶とする場合には、上記の成長条件のうち、Gaの等価ビーム圧を例えば1.5×10−5Paとし、Alの等価ビーム圧を例えば5×10−7Paとすることができる。
これにより、エピタキシャル成長用基板1の主面10上にGa含有酸化物からなるエピタキシャル結晶20が成長し、結晶積層構造体2が得られる。
また、エピタキシャル結晶20にn型の導電性を持たせる場合には、第3のヒータ34cを加熱して第3のセル33cからドナーとなるSiあるいはSn等の材料を供給する。また、p型の導電性を持たせる場合には、第4のヒータ34dを加熱して第4のセル33dからアクセプタとなるMgあるいはZn等の材料を供給する。
(結晶積層構造体の解析)
図4Aは、上記の方法によって製造されたAlを20%含んだ1層のβ−(AlGa)2O3からなるエピタキシャル結晶20を有する結晶積層構造体2のX線回折測定結果を示すXRD(X-ray diffraction)2θ−θスペクトルである。このグラフの縦軸はX線の散乱強度を対数で示している。このグラフに示すように、エピタキシャル成長用基板1によるピーク1a、及びエピタキシャル結晶20によるシャープなピーク20aが表れている。そして、ピーク1aとピーク20aの間に明瞭なフリンジが確認される。この明瞭なフリンジパターンから、急峻な界面を有する結晶積層構造が形成されていることを確認できる。
図4Aは、上記の方法によって製造されたAlを20%含んだ1層のβ−(AlGa)2O3からなるエピタキシャル結晶20を有する結晶積層構造体2のX線回折測定結果を示すXRD(X-ray diffraction)2θ−θスペクトルである。このグラフの縦軸はX線の散乱強度を対数で示している。このグラフに示すように、エピタキシャル成長用基板1によるピーク1a、及びエピタキシャル結晶20によるシャープなピーク20aが表れている。そして、ピーク1aとピーク20aの間に明瞭なフリンジが確認される。この明瞭なフリンジパターンから、急峻な界面を有する結晶積層構造が形成されていることを確認できる。
図4Bは、上記の方法によって製造されたAlを20%含んだ1層のβ−(AlGa)2O3からなるエピタキシャル結晶20の表面状態を示す原子間力顕微鏡像である。図中の矢印Aは、エピタキシャル成長用基板1の[100]方向を示している。この写真から、エピタキシャル結晶20は、エピタキシャル成長用基板1の主面10((010)面)に対して垂直方向又は垂直に近い方向に成長していることが確認できる。
図5Aは、エピタキシャル成長用基板1の主面10に、エピタキシャル成長によって形成された複数の(AlGa)2O3層21と、複数のGa2O3層22とを交互に形成した場合における結晶積層構造体2Aの透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope:TEM)による観察像である。このような結晶積層構造体2Aは、MBE装置3の第1のセル33a及び第2のセル33bのシャッターを開閉操作することによって(AlGa)2O3層21及びGa2O3層22の膜厚を所定の膜厚に調整し、それぞれの層を交互に積層させることで形成することができる。
このTEM観察像に示すように、結晶積層構造体2Aは、エピタキシャル成長用基板1上に、6層の厚さ6nmの(AlGa)2O3層21と、5層の厚さ4nmのGa2O3層21とが交互に積層されている。そして、縞状に表れた(AlGa)2O3層21とGa2O3層22とを明瞭に観察することができ、急峻な界面を有するこれらの層が高精度な膜厚で形成されていることが分かる。
図5Bは、図5Aに示した結晶積層構造体2AのX線回折測定結果を示すXRD2θ−θスペクトルのグラフである。このグラフに示すように、エピタキシャル成長用基板1によるピーク1a、複数の(AlGa)2O3層21による複数のサテライトピーク21a、及びその間の複数のフリンジ21bが明瞭に表れており、X線回折測定結果からも急峻な界面を有する結晶積層構造が形成されていることが確認できる。
(比較例)
図6は、比較例として示す、β−Ga2O3系単結晶からなる基板の(100)面及び(001)面を主面として、上記と同様の製造方法によりβ−Ga2O3からなるエピタキシャル結晶を成長させた場合におけるエピタキシャル結晶の表面の状態を示す原子間力顕微鏡像であり、図6Aは(100)面を主面とした場合、図6Bは(001)面を主面とした場合の表面の状態を示す。図6A及び図6Bに示す矢印Bは、基板の[010]方向を示している。
図6は、比較例として示す、β−Ga2O3系単結晶からなる基板の(100)面及び(001)面を主面として、上記と同様の製造方法によりβ−Ga2O3からなるエピタキシャル結晶を成長させた場合におけるエピタキシャル結晶の表面の状態を示す原子間力顕微鏡像であり、図6Aは(100)面を主面とした場合、図6Bは(001)面を主面とした場合の表面の状態を示す。図6A及び図6Bに示す矢印Bは、基板の[010]方向を示している。
図6A及び図6Bに示すように、これらの比較例では、[010]方向に針状に成長した結晶が、主面としての(100)面あるいは(001)面に垂直な方向に積み重なるようにして形成されていることが分かる。これは、[100]方向や[001]方向に比べて、[010]方向への成長速度が速いために発生する現象であると考えられる。
また、(100)面又は(001)面を主面とした場合には、GaとO以外の元素(例えば、Al,In,Si,Sn,Mg,Zn等)を加えた場合には、元素によって基板面方位と成長速度の関係に差異があるため、エピタキシャル結晶の一部にこれらの元素が偏在してしまい、均質なエピタキシャル結晶が得られないことが本発明者らによって確認されている。
図7Aは、(100)面を主面とするβ−Ga2O3系単結晶からなるエピタキシャル成長用基板に、MBE装置3を用いたエピタキシャル成長によって複数の(Al1−xGax)2O3層(x=0.6)と、複数のGa2O3層とを交互に形成した場合における結晶積層構造体の透過型電子顕微鏡による観察像である。また、図7Bは、図7Aに示す結晶積層構造体のX線回折測定結果を示すXRD2θ−θスペクトルのグラフである。
図7Aに示すように、この結晶積層構造体では(Al1−xGax)2O3層とGa2O3層との界面が不明瞭であり、図5Aに示したような縞模様が観察されていない。また、図7Bに示すXRD2θ−θスペクトルでは、エピタキシャル成長用基板のβ−Ga2O3(400)面からの回折によるピーク1bが表れ、その周辺には(Al1−xGax)2O3層とGa2O3層との結晶積層構造に由来すると考えられる複数のピーク23a〜23cが観測されているが、これらのピークの間隔には周期性がなく、良好な積層構造が形成できていないものと考えられる。
(第1の実施の形態の効果)
本実施の形態によれば、β―Ga2O3系単結晶からなるエピタキシャル成長用基板1の(010)面を主面10としたので、この主面10と、その上に形成されるGa含有酸化物からなるエピタキシャル結晶20との界面を急峻にすることができると共に、エピタキシャル結晶20の厚みを高精度に形成することができる。また、エピタキシャル結晶20の元素の取り込まれ量のムラを抑制し、均質化することができる。
本実施の形態によれば、β―Ga2O3系単結晶からなるエピタキシャル成長用基板1の(010)面を主面10としたので、この主面10と、その上に形成されるGa含有酸化物からなるエピタキシャル結晶20との界面を急峻にすることができると共に、エピタキシャル結晶20の厚みを高精度に形成することができる。また、エピタキシャル結晶20の元素の取り込まれ量のムラを抑制し、均質化することができる。
(第1の実施の形態の変形例)
次に、本発明の第1の実施の形態の変形例について、図8を参照して説明する。
次に、本発明の第1の実施の形態の変形例について、図8を参照して説明する。
図8Aは、第1の実施の形態の変形例に係るエピタキシャル成長用基板1Bの斜視図である。このエピタキシャル成長用基板1Bは、上記のエピタキシャル成長用基板1と同様β−Ga2O3系単結晶からなるが、その(310)面を主面10Bとする構成が上記エピタキシャル成長用基板1とは異なっている。
図8Bは、β−Ga2O3系単結晶の(310)面を示す立体図である。また、図8Cは、β−Ga2O3系単結晶の(310)面が(010)面となす角度δを示す図である。これらの図に示すように、β−Ga2O3系単結晶の(310)面は、(010)面に対してδ=37.5°傾斜した面である。
このエピタキシャル成長用基板1Bについても、上記と同様の方法によって主面10B((310)面)にエピタキシャル結晶20を形成し、結晶積層構造体を得ることができる。
図9は、エピタキシャル成長用基板1Bの主面10Bに上記の方法によってエピタキシャル結晶20を形成し、その表面を観察した原子間力顕微鏡像である。図中の矢印Cは、c軸方向を示している。
この図に示すように、エピタキシャル結晶20は針状成長ではなく、主面10Bに交差する方向へ延びるように形成されている。
このエピタキシャル成長用基板1Bを用いた場合でも、急峻な界面を有し、エピタキシャル結晶20の厚みを高精度に形成することが可能な結晶積層構造体を得ることができる。また、エピタキシャル結晶20の元素の取り込まれ量のムラを抑制し、均質化することが可能である。すなわち、(010)面に対して37.5°以内の角度範囲で傾斜した面を主面とするエピタキシャル成長用基板であっても、上記第1の実施の形態について述べた効果と同様の効果を奏することができる。
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について、図10を参照して説明する。
図10は、本実施の形態に係る半導体装置の一例としての高電子移動トランジスタ(High Electron Mobility Transistor:HEMT)の構成例を示す断面図である。
次に、本発明の第2の実施の形態について、図10を参照して説明する。
図10は、本実施の形態に係る半導体装置の一例としての高電子移動トランジスタ(High Electron Mobility Transistor:HEMT)の構成例を示す断面図である。
この高電子移動トランジスタ4は、第1の実施の形態に係る素子基板としてのエピタキシャル成長用基板1を有し、このエピタキシャル成長用基板1の主面10上に、第1のGa含有酸化物層としてのi型β−Ga2O3層41と、第2のGa含有酸化物層としてのn型β−(AlGa)2O3層42とがエピタキシャル成長により積層されている。また、n型β−(AlGa)2O3層42上には、ゲート電極43g、ソース電極43s、及びドレイン電極43dが設けられている。
ゲート電極43gはn型β−(AlGa)2O3層42の表面42aに接触してショットキー接合を形成する。また、ソース電極43s及びドレイン電極43dは、これら電極間にゲート電極43gを挟んで配置され、n型β−(AlGa)2O3層42の表面42aにオーミック接触して形成されている。
β−Ga2O3単結晶は、酸素欠陥により一般的にはn型の導電型を示すが、本実施の形態に係るエピタキシャル成長用基板1は、Mg等のII族の元素が所定量添加され、高抵抗を有するように形成されている。
i型β−Ga2O3層41は、アンドープの電子走行層であり、エピタキシャル成長用基板1の主面10にエピタキシャル成長により形成されている。このi型β−Ga2O3層41は、ガス供給パイプ35から供給する酸素ガスにオゾンを例えば5重量%以上混合することによって形成することができる。
n型β−(AlGa)2O3層42は、SiあるいはSn等のドナーが添加された電子供給層であり、i型β−Ga2O3層41上にエピタキシャル成長により形成されている。
i型β−Ga2O3層41とn型β−(AlGa)2O3層42とはバンドギャップが異なるので、その界面ではバンドの不連続が生じ、n型β−(AlGa)2O3層42のドナーから発生した電子がi型β−Ga2O3層41側に集まって界面近傍の領域に分布し、二次元電子ガスと呼ばれる電子層が形成される。
このように、n型β−(AlGa)2O3層42には、ゲート電極43gのショットキー接合により発生する第1の空乏層と、二次元電子ガスの形成による第2の空乏層とが発生する。n型β−(AlGa)2O3層42は、第1の空乏層と第2の空乏層とが接する厚さに形成されている。
そして、ゲート電極43gに電圧を加えることにより、第1及び第2の空乏層の厚さを変化させて二次元電子ガスの濃度を調節し、ドレイン電流を制御することが可能となる。
i型β−Ga2O3層41の厚さは、特に限定はないが、0.1nm以上に形成することが望ましい。また、n型β−(AlGa)2O3層42の厚さは、ドーピング濃度に応じて0.1nm〜10μmに設定される。
(第2の実施の形態の効果)
本実施の形態によれば、エピタキシャル成長用基板1を構成するβ―Ga2O3系単結晶の(010)面である主面10に急峻な界面を有するi型β−Ga2O3層41を高精度な層厚で形成することができ、これによりi型β−Ga2O3層41とn型β−(AlGa)2O3層42との界面をも急峻にすることができる。また、n型β−(AlGa)2O3層42の層厚を高精度に形成できる。従って、高性能で品質が安定した高電子移動トランジスタ4を生産することが可能となる。
本実施の形態によれば、エピタキシャル成長用基板1を構成するβ―Ga2O3系単結晶の(010)面である主面10に急峻な界面を有するi型β−Ga2O3層41を高精度な層厚で形成することができ、これによりi型β−Ga2O3層41とn型β−(AlGa)2O3層42との界面をも急峻にすることができる。また、n型β−(AlGa)2O3層42の層厚を高精度に形成できる。従って、高性能で品質が安定した高電子移動トランジスタ4を生産することが可能となる。
[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態について、図11を参照して説明する。
図11は、本実施の形態に係る半導体装置の他の一例としての、電界効果トランジスタの一種であるMESFET(Metal-Semiconductor Field Effect Transistor)の構成例を示す断面図である。
次に、本発明の第3の実施の形態について、図11を参照して説明する。
図11は、本実施の形態に係る半導体装置の他の一例としての、電界効果トランジスタの一種であるMESFET(Metal-Semiconductor Field Effect Transistor)の構成例を示す断面図である。
このMESFET5は、第1の実施の形態に係る素子基板としてのエピタキシャル成長用基板1を有し、このエピタキシャル成長用基板1の主面10((010)面)上に、エピタキシャル成長により形成されたn型β−Ga2O3層51が設けられている。また、n型β−Ga2O3層51上には、ゲート電極52g、ソース電極52s、及びドレイン電極52dが設けられている。
ゲート電極52gはn型β−Ga2O3層51の表面51aに接触してショットキー接合を形成する。また、ソース電極52s及びドレイン電極52dは、これら電極間にゲート電極52gを挟んで配置され、n型β−Ga2O3層51の表面51aにオーミック接触して形成されている。
n型β−Ga2O3層51は、ソース電極52s及びドレイン電極52dとの接触部付近においてSiあるいはSn等の添加によりドナー濃度が高くなっている。また、ゲート電極52gとの接触部付近を含むその他の領域は、ソース電極52s及びドレイン電極52dとの接触部付近よりもドナー濃度が低くなっている。
本実施の形態に係るエピタキシャル成長用基板1は、Mg等のII族の元素が所定量添加され、高抵抗を有するように形成されている。
上記のように構成されたMESFET5は、ゲート電極52gに印加するバイアス電圧の調節によってn型β−Ga2O3層51における空乏層の厚さを変化させ、ドレイン電流を制御することが可能である。
(第3の実施の形態の効果)
本実施の形態によれば、エピタキシャル成長用基板1を構成するβ―Ga2O3系単結晶の(010)面である主面10に急峻な界面を有するn型β−Ga2O3層51を高精度な層厚で形成することができる。従って、高性能で品質が安定したMESFET5を生産することが可能となる。
本実施の形態によれば、エピタキシャル成長用基板1を構成するβ―Ga2O3系単結晶の(010)面である主面10に急峻な界面を有するn型β−Ga2O3層51を高精度な層厚で形成することができる。従って、高性能で品質が安定したMESFET5を生産することが可能となる。
[第4の実施の形態]
次に、本発明の第4の実施の形態について、図12を参照して説明する。
図12は、本実施の形態に係る半導体装置の他の一例としての、ショットキーバリアダイオードの構成例を示す断面図である。
次に、本発明の第4の実施の形態について、図12を参照して説明する。
図12は、本実施の形態に係る半導体装置の他の一例としての、ショットキーバリアダイオードの構成例を示す断面図である。
このショットキーバリアダイオード6は、第1の実施の形態に係る素子基板としてのエピタキシャル成長用基板1を有し、このエピタキシャル成長用基板1の主面10((010)面)上に、エピタキシャル成長により形成されたn型β−Ga2O3層61が設けられている。
n型β−Ga2O3層61上には、n型β−Ga2O3層61の表面61aにショットキー接触するショットキー電極62が設けられている。また、エピタキシャル成長用基板1のn型β−Ga2O3層61とは反対側の面には、エピタキシャル成長用基板1にオーミック接触するオーミック電極63が設けられている。
また、本実施の形態に係るエピタキシャル成長用基板1は、酸素欠損又は不純物のドープにより、n型の導電型を示すように形成されている。n型β−Ga2O3層61は、エピタキシャル成長用基板1よりもドナー濃度が低濃度となるように形成されている。
そして、ショットキーダイオード6に対して順方向(ショットキー電極62側が正電位)に電圧を加えると、エピタキシャル成長用基板1からn型β−Ga2O3層61側へ移動する電子による電流が増大する。これにより、順方向電流がショットキー電極62からオーミック電極63へ向かって流れる。
一方、ショットキーダイオード6に対して逆方向(ショットキー電極層2側が負電位)の電圧を加えると、ショットキーダイオード6を流れる電流はほぼゼロとなる。
(第4の実施の形態の効果)
本実施の形態によれば、エピタキシャル成長用基板1を構成するβ―Ga2O3系単結晶の(010)面である主面10に急峻な界面を有するn型β−Ga2O3層61を高精度な層厚で形成することができる。従って、高性能で品質が安定したショットキーダイオード6を生産することが可能となる。
本実施の形態によれば、エピタキシャル成長用基板1を構成するβ―Ga2O3系単結晶の(010)面である主面10に急峻な界面を有するn型β−Ga2O3層61を高精度な層厚で形成することができる。従って、高性能で品質が安定したショットキーダイオード6を生産することが可能となる。
[他の実施の形態]
以上、本発明に好適な実施の形態を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で種々の変形、応用が可能である。
以上、本発明に好適な実施の形態を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で種々の変形、応用が可能である。
例えば、上記第1の実施の形態及びその変形例では、β―Ga2O3系単結晶の(010)面又は(310)面を主面としたが、(010)面から(310)面に至る間の面を主面としてもよい。また、(010)面から(310)面方向以外の方向に37.5°以内の角度範囲で傾斜した面を主面としてもよい。
また、上記第2の実施の形態では、(010)面を主面10とするエピタキシャル成長用基板1上にi型β−Ga2O3層41を形成したが、(310)面を主面10Bとするエピタキシャル成長用基板1B上にi型β−Ga2O3層41を形成して高電子移動トランジスタを構成してもよい。またさらに、(010)面から37.5°以内の角度範囲で傾斜した面を主面とし、この主面上にi型β−Ga2O3層41を形成してもよい。
また、上記第3及び第4の実施の形態では、(010)面を主面10とするエピタキシャル成長用基板1上にn型β−Ga2O3層51、n型β−Ga2O3層61を形成したが、(010)面から37.5°以内の角度範囲で傾斜した面を主面とし、この主面上にn型β−Ga2O3層51、n型β−Ga2O3層61を形成してもよい。
また、上記第2〜第4の実施の形態では、高電子移動トランジスタ、MESFET、及びショットキーバリアダイオードのエピタキシャル成長用基板に本発明を適用した場合について説明したが、本発明の適用対象となる半導体装置はこれらに限らない。
β−Ga2O3単結晶基板上に形成されるGa含有酸化物層の高品質化を図ることができるエピタキシャル成長用基板及び結晶積層構造体を提供する。
1,1B…エピタキシャル成長用基板、2,2A…結晶積層構造体、3…MBE装置、4
…高電子移動トランジスタ、5…MESFET、6…ショットキーバリアダイオード、10,10B…主面、20…エピタキシャル結晶、20a…サテライトピーク、21…(AlGa)2O3層、21a…サテライトピーク、21b…フリンジピーク、22…Ga2O3層、30…真空槽、31…基板ホルダ、32…加熱装置、33,33a−33d…セル、34,34a−34d…ヒータ、35…ガス供給パイプ、36…真空ポンプ、41…i型β−Ga2O3層、42…n型β−(AlGa)2O3層、42a…表面、43d…ドレイン電極、43g…ゲート電極、43s…ソース電極、51…n型β−Ga2O3層、52g…ゲート電極、52s…ソース電極、52d…ドレイン電極、61…n型β−Ga2O3層、62…ショットキー電極、63…オーミック電極、310…シャフト
…高電子移動トランジスタ、5…MESFET、6…ショットキーバリアダイオード、10,10B…主面、20…エピタキシャル結晶、20a…サテライトピーク、21…(AlGa)2O3層、21a…サテライトピーク、21b…フリンジピーク、22…Ga2O3層、30…真空槽、31…基板ホルダ、32…加熱装置、33,33a−33d…セル、34,34a−34d…ヒータ、35…ガス供給パイプ、36…真空ポンプ、41…i型β−Ga2O3層、42…n型β−(AlGa)2O3層、42a…表面、43d…ドレイン電極、43g…ゲート電極、43s…ソース電極、51…n型β−Ga2O3層、52g…ゲート電極、52s…ソース電極、52d…ドレイン電極、61…n型β−Ga2O3層、62…ショットキー電極、63…オーミック電極、310…シャフト
Claims (3)
- β−Ga2O3系単結晶からなり、その(010)面、又は(010)面に対して37.5°以内の角度範囲で傾斜した面を主面とするエピタキシャル成長用基板と、
前記エピタキシャル成長用基板の前記主面に形成されたGa含有酸化物からなるエピタキシャル結晶とを有する結晶積層構造体。 - 前記主面が、β−Ga2O3系単結晶の(010)面、又は(010)面から(310)面に至る間の面である、
請求項1に記載の結晶積層構造体。 - 前記主面がβ−Ga2O3系単結晶の(010)面又は(310)面である、
請求項2に記載の結晶積層構造体。
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TW201638363A (zh) * | 2015-02-18 | 2016-11-01 | Idemitsu Kosan Co | 積層體及積層體之製造方法 |
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JP7008293B2 (ja) * | 2017-04-27 | 2022-01-25 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 | Ga2O3系半導体素子 |
JP6991503B2 (ja) * | 2017-07-06 | 2022-01-12 | 株式会社タムラ製作所 | ショットキーバリアダイオード |
JP7037142B2 (ja) * | 2017-08-10 | 2022-03-16 | 株式会社タムラ製作所 | ダイオード |
JP7147141B2 (ja) * | 2017-09-11 | 2022-10-05 | Tdk株式会社 | ショットキーバリアダイオード |
JP6933339B2 (ja) * | 2017-10-18 | 2021-09-08 | 矢崎総業株式会社 | 半導体装置および半導体ウェーハ |
JP7045008B2 (ja) * | 2017-10-26 | 2022-03-31 | Tdk株式会社 | ショットキーバリアダイオード |
JP7101194B2 (ja) * | 2017-12-07 | 2022-07-14 | 京セラ株式会社 | 単結晶、efg装置用金型、efg装置、単結晶の製造方法、および単結晶部材の製造方法 |
JP6846754B2 (ja) * | 2020-03-31 | 2021-03-24 | 株式会社タムラ製作所 | 結晶積層構造体 |
JP2022148550A (ja) * | 2021-03-24 | 2022-10-06 | Tdk株式会社 | 酸化ガリウム基板の分割方法 |
CN113223929A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-08-06 | 西安电子科技大学 | 基于非平衡激光等离子体的氧化镓高效掺杂方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005235961A (ja) * | 2004-02-18 | 2005-09-02 | Univ Waseda | Ga2O3系単結晶の導電率制御方法 |
JP2010010572A (ja) * | 2008-06-30 | 2010-01-14 | Nippon Light Metal Co Ltd | 発光素子およびその製造方法 |
JP2011146652A (ja) * | 2010-01-18 | 2011-07-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 貼り合わせ基板、貼り合わせ基板の製造方法、及び発光素子 |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3679097B2 (ja) * | 2002-05-31 | 2005-08-03 | 株式会社光波 | 発光素子 |
JP4630986B2 (ja) * | 2003-02-24 | 2011-02-09 | 学校法人早稲田大学 | β−Ga2O3系単結晶成長方法 |
US7393411B2 (en) | 2003-02-24 | 2008-07-01 | Waseda University | β-Ga2O3 single crystal growing method, thin-film single crystal growing method, Ga2O3 light-emitting device, and its manufacturing method |
JP4020314B2 (ja) * | 2003-05-15 | 2007-12-12 | 学校法人早稲田大学 | Ga2O3系発光素子およびその製造方法 |
JP4680762B2 (ja) * | 2005-12-14 | 2011-05-11 | 株式会社光波 | 発光素子及びその製造方法 |
US20070134833A1 (en) * | 2005-12-14 | 2007-06-14 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Semiconductor element and method of making same |
JP2008156141A (ja) | 2006-12-21 | 2008-07-10 | Koha Co Ltd | 半導体基板及びその製造方法 |
JP2010219130A (ja) * | 2009-03-13 | 2010-09-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
WO2011043194A1 (en) * | 2009-10-09 | 2011-04-14 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
KR101047652B1 (ko) * | 2009-12-18 | 2011-07-07 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 및 그 제조방법 |
KR100969127B1 (ko) * | 2010-02-18 | 2010-07-09 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지 |
KR20140030180A (ko) | 2011-04-08 | 2014-03-11 | 가부시키가이샤 다무라 세이사쿠쇼 | 반도체 적층체 및 그 제조 방법과 반도체 소자 |
JP6459001B2 (ja) * | 2013-07-09 | 2019-01-30 | 株式会社Flosfia | 半導体装置又は結晶構造体の製造方法 |
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Patent Citations (3)
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JP2005235961A (ja) * | 2004-02-18 | 2005-09-02 | Univ Waseda | Ga2O3系単結晶の導電率制御方法 |
JP2010010572A (ja) * | 2008-06-30 | 2010-01-14 | Nippon Light Metal Co Ltd | 発光素子およびその製造方法 |
JP2011146652A (ja) * | 2010-01-18 | 2011-07-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 貼り合わせ基板、貼り合わせ基板の製造方法、及び発光素子 |
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JPN6014014191; Masataka Higashiwaki etc.: 'Gallium oxide(Ga2O3) metal-semiconductor field-effect transistors on single-crystal Ga2O3(010) subst' Applied Physics Letters 100, 013504 (2012), 20120104 * |
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