JP7486121B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
本発明は半導体装置に関する。
半導体装置の整流接合（ショットキー接合またはｐｎ接合）に逆方向電圧を印加すると、ある電圧（耐圧）を超えた場合に絶縁破壊が生じる。この絶縁破壊が生じる電圧が、半導体の内部とｐｎ接合および／またはショットキー接合が終端する表面とで異なり、一般には半導体内部の絶縁破壊電圧に達する前に、半導体の接合終端部で絶縁破壊が生じてしまう。半導体装置の耐圧が、その接合終端部での絶縁破壊電圧となることで、半導体装置に印加可能な逆方向電圧の最大値が低くなり、低耐圧の半導体装置となる問題があった。また、接合終端部で生じる絶縁破壊は不安定であり、半導体装置の特性に悪影響を与えるという問題もあった。そのため、接合終端部の絶縁破壊強度を向上させるために、半導体の接合端部を露出させ、その表面の形状を斜めに加工することが知られている。例えば、特許文献１は、半導体ウェハのエッジ部を砥石面に押し当てて研削することによりベベル加工を実施している。また、特許文献２は、ｐｎ接合表面をベベル構造に加工する工程は技術的にも難しく歩留まりが悪くなる問題があることから、ベベル構造を施す場所を限定的にしている。また、特許文献３は、サンドブラストなどで溝を形成した後に、溝内にフッ酸及び硝酸を含むエッチング液を噴射してベベル構造を形成している。しかしながら、研削のように半導体の一部を除去してベベル構造を設ける方法を用いる場合、工程が複雑になる問題があった。また、ベベル構造の形成に酸を用いてエッチングを施しても、表面が荒れるなどの課題があった。また、これらの方法では、所望の構造や角度を有するベベル構造を作成することが困難であった。
なお、半導体としては、例えば、炭化珪素（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）や、窒化ガリウム（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、窒化インジウム（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｉｎｄｉｕｍ）、窒化アルミニウム（Ｇａｌｌｉｕｍ Ａｌｍｉｎｉｕｍ）およびそれらの混晶を含めた窒化ガリウム窒化物半導体が知られており、青色ＬＥＤやパワー半導体等の様々な半導体装置に用いられている。近年、新しい半導体として、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）が注目されている。
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（Ｇａ２Ｏ３）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。また、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幅広い応用も期待されている。特に、酸化ガリウムの中でもコランダム構造を有するα―Ｇａ２Ｏ３等は、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ＩｎＸＡｌＹＧａＺＯ３（０≦Ｘ≦２、０≦Ｙ≦２、０≦Ｚ≦２、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１．５～２．５）を示し（特許文献４等）、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。
また、特許文献５に、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）の単結晶を有するアバランシェフォトダイオードが記載され、前記アバランシェフォトダイオードがＧａ２Ｏ３の単結晶と誘電体層の積層構造体が、側面が逆テーパ状に傾斜したメサ形状を有している。しかしながら、そのようなメサ形状を得るための製法は開示されていない。
一方で、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）は、最安定相がβガリア構造であるので、特殊な成膜法を用いなければ、準安定相であるコランダム構造の結晶膜を成膜することが困難である。また、コランダム構造の結晶膜に限らず、成膜レートや結晶品質の向上、クラックや異常成長の抑制、ツイン抑制、反りによる基板の割れ等においてもまだまだ課題が数多く存在している。
上記のような半導体材料で、ベベル構造を有する半導体装置が検討されて来たが、研削などによる半導体の一部除去によるベベル構造の形成の難しさ、また工程も複雑になるなどの課題があり、ベベル構造の角度や形状を所望のものとすることが困難であり、工業的に有利に利用できるレベルには至っていなかった。
本発明の態様の一つとして、整流接合界面の端部での電界集中を抑制した構造を有する半導体装置を提供することを目的の1つとする。
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、第１面と、前記第1面の反対側に位置する第２面と、前記第１面と前記第２面との間に位置する側面と、前記側面の少なくとも一部に設けられた傾斜面と、前記傾斜面に隣接する位置にある第１領域と、前記第１領域よりも前記傾斜面から平面視で離れた位置にある第２領域とを含む半導体膜で、前記第１領域の転位密度が前記第２領域の転位密度よりも低く、さらに、整流接合界面を有する半導体膜を備える半導体装置が整流接合界面の端部での電界集中を効果的に抑制できることを見出した。
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。
すなわち、本発明は、以下の発明に関する。
［１］ 第１面と、前記第1面の反対側に位置する第２面と、前記第１面と前記第２面との間に位置する側面と、前記側面の少なくとも一部に設けられた傾斜面と、前記傾斜面に隣接する位置にある第１領域と、前記第１領域よりも前記傾斜面から平面視で離れた位置にある第２領域とを含む半導体膜で、前記第１領域の転位密度が前記第２領域の転位密度よりも低く、さらに、整流接合界面を有する半導体膜を備える、半導体装置。
［２］ 前記整流接合界面において、第１の半導体層としての前記半導体膜と接合された第２の半導体層をさらに有し、前記第１の半導体層が第１の電気導電型を有し、前記第２の半導体層が前記第１の電気導電型と異なる第２の電気導電型を有する、前記［１］記載の半導体装置。
［３］ 前記第１の半導体層の不純物濃度が、前記第２の半導体層の不純物濃度よりも低い、前記［２］記載の半導体装置。
［４］ 前記整流接合界面において、前記半導体膜と接合されたショットキー電極をさらに有する、前記［１］記載の半導体装置。
［５］ 前記整流接合界面の端部が前記傾斜面に隣設している前記［１］～［４］のいずれかに記載の半導体装置。
［６］ 前記第１領域が、横方向成長した結晶を含む前記［１］～［５］のいずれかに記載の半導体装置。
［７］ 前記半導体膜が、ガリウムを少なくとも含む前記［１］～［６］のいずれかに記載の半導体装置。
［８］ 前記半導体膜が、結晶性金属酸化物を主成分として含む前記［１］～［７］のいずれかに記載の半導体装置。
［９］ 前記半導体膜が結晶性酸化ガリウムまたは酸化ガリウムの混晶を含む、前記［１］～［８］のいずれかに記載の半導体装置。
［１０］ 前記半導体膜がコランダム構造を有する、前記［１］～［９］のいずれかに記載の半導体装置。
［１１］ 前記半導体膜の前記第１面が、前記整流接合界面側に位置しており、前記半導体膜の前記傾斜面が、前記半導体膜の前記第１面から前記半導体膜の前記第２面に向かって膜厚が増加する傾斜面である前記［１］～［１０］のいずれかに記載の半導体装置。
［１２］ 前記半導体膜の前記傾斜面と前記整流接合界面とのなす角である傾斜角が２０°以上７０°以下である前記［１１］記載の半導体装置。
［１３］ 第１面と、前記第1面の反対側に位置する第２面と、前記第１面と前記第２面との間に位置する側面と、前記側面の少なくとも一部に設けられた傾斜面と、前記傾斜面に隣接する位置にある第１領域と、前記第１領域よりも前記傾斜面から平面視で離れた位置にある第２領域とを含む半導体膜で、前記第１領域の転位密度が前記第２領域の転位密度よりも低い、半導体装置。
［１４］ さらに、前記半導体膜よりも電気抵抗率の高い高抵抗層を有しており、前記半導体膜の側面の少なくとも一部が直接または他の層を介して前記高抵抗層に接触している、前記［１］～［１３］のいずれかに記載の半導体装置。
［１５］ 半導体装置を少なくとも備える半導体システムであって、前記半導体装置が、前記［１］～［１４］のいずれかに記載の半導体装置である半導体システム。
［１］ 第１面と、前記第1面の反対側に位置する第２面と、前記第１面と前記第２面との間に位置する側面と、前記側面の少なくとも一部に設けられた傾斜面と、前記傾斜面に隣接する位置にある第１領域と、前記第１領域よりも前記傾斜面から平面視で離れた位置にある第２領域とを含む半導体膜で、前記第１領域の転位密度が前記第２領域の転位密度よりも低く、さらに、整流接合界面を有する半導体膜を備える、半導体装置。
［２］ 前記整流接合界面において、第１の半導体層としての前記半導体膜と接合された第２の半導体層をさらに有し、前記第１の半導体層が第１の電気導電型を有し、前記第２の半導体層が前記第１の電気導電型と異なる第２の電気導電型を有する、前記［１］記載の半導体装置。
［３］ 前記第１の半導体層の不純物濃度が、前記第２の半導体層の不純物濃度よりも低い、前記［２］記載の半導体装置。
［４］ 前記整流接合界面において、前記半導体膜と接合されたショットキー電極をさらに有する、前記［１］記載の半導体装置。
［５］ 前記整流接合界面の端部が前記傾斜面に隣設している前記［１］～［４］のいずれかに記載の半導体装置。
［６］ 前記第１領域が、横方向成長した結晶を含む前記［１］～［５］のいずれかに記載の半導体装置。
［７］ 前記半導体膜が、ガリウムを少なくとも含む前記［１］～［６］のいずれかに記載の半導体装置。
［８］ 前記半導体膜が、結晶性金属酸化物を主成分として含む前記［１］～［７］のいずれかに記載の半導体装置。
［９］ 前記半導体膜が結晶性酸化ガリウムまたは酸化ガリウムの混晶を含む、前記［１］～［８］のいずれかに記載の半導体装置。
［１０］ 前記半導体膜がコランダム構造を有する、前記［１］～［９］のいずれかに記載の半導体装置。
［１１］ 前記半導体膜の前記第１面が、前記整流接合界面側に位置しており、前記半導体膜の前記傾斜面が、前記半導体膜の前記第１面から前記半導体膜の前記第２面に向かって膜厚が増加する傾斜面である前記［１］～［１０］のいずれかに記載の半導体装置。
［１２］ 前記半導体膜の前記傾斜面と前記整流接合界面とのなす角である傾斜角が２０°以上７０°以下である前記［１１］記載の半導体装置。
［１３］ 第１面と、前記第1面の反対側に位置する第２面と、前記第１面と前記第２面との間に位置する側面と、前記側面の少なくとも一部に設けられた傾斜面と、前記傾斜面に隣接する位置にある第１領域と、前記第１領域よりも前記傾斜面から平面視で離れた位置にある第２領域とを含む半導体膜で、前記第１領域の転位密度が前記第２領域の転位密度よりも低い、半導体装置。
［１４］ さらに、前記半導体膜よりも電気抵抗率の高い高抵抗層を有しており、前記半導体膜の側面の少なくとも一部が直接または他の層を介して前記高抵抗層に接触している、前記［１］～［１３］のいずれかに記載の半導体装置。
［１５］ 半導体装置を少なくとも備える半導体システムであって、前記半導体装置が、前記［１］～［１４］のいずれかに記載の半導体装置である半導体システム。
本発明の半導体装置の態様によれば、整流接合界面の端部での電界集中を抑制した構造を有する半導体装置を得ることができる。
本発明の実施態様について図を用いて以下に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではなく、例示される実施態様の要素やその他の要素の組み合わせを包含することができる。また、本発明の実施態様として、図１７に半導体装置の断面図を示す。半導体装置１００は、第１面６４ａと、前記第1面６４ａの反対側に位置する第２面６４ｂと、前記第１面６４ａと前記第２面６４ｂとの間に位置する側面と、前記側面の少なくとも一部に設けられた傾斜面６４ｃと、前記傾斜面６４ｃに隣接する位置にある第１領域６４ｆと、前記第１領域６４ｆよりも前記傾斜面６４ｃから平面視で離れた位置にある第２領域６４ｇとを含む半導体膜６４を有している。前記第１領域６４ｆが半導体膜６４の側面に近い位置にあり、前記第２領域６４ｇは半導体膜６４の中心部を含む位置にある。本実施態様において、電界の集中する傾向にある半導体膜の端部付近となる前記第１領域６４ｆが、横方向に成長した結晶を含んでおり、前記第１領域６４ｆの転位密度が、前記第２領域６４ｇの転位密度よりも低いことから半導体特性の向上につながる。半導体層６４と、前記半導体層６４の側面６４ｃの少なくとも一部が接触している、前記半導体層６４よりも絶縁性の高い層６２とを有している。前記半導体層６４よりも絶縁性の高い層６２は非導電層であり、前記非導電層６２の前記側面が第１の傾斜面６２ｃを有し、前記半導体層６４の前記側面が、前記第１の傾斜面６２ｃと逆向きに傾斜する第２の傾斜面６４ｃを有しており、前記非導電層６２の第１の傾斜面６２ｃと前記半導体層６４の前記第２の傾斜面６４ｃが係合している。本実施態様において、半導体層６４の端部に正ベベル構造を有し、前記半導体層６４第１面６４ａと前記半導体層６４の傾斜面６４ｃとのなす角度が９０°未満となっている。また、本実施態様において、前記非導電層６２の第１の傾斜面６２ｃと、半導体層６４の第２の傾斜面６４ｃとが密着している。前記半導体層６４の傾斜面６４ｃは、前記半導体層の前記第１面６４ａから前記第２面６４ｂに向かう方向に膜厚が増加する傾斜面となっている。なお、前記第１の半導体層６４の第１面６４ａと前記傾斜面６４ｃのなす傾斜角６４ｅが、１０°＜傾斜角６４ｅ＜９０°の範囲にあるのが好ましく、傾斜角６４ｅが７０°以下であるのがより好ましく、２０°以上７０°以下であるのが最も好ましい。本実施態様における半導体装置１００は整流接合界面９０を有し、整流接合界面９０において、前記半導体膜６４と接合された第１の電極６５（ここではショットキー電極）を有している。第１の電極６５は、前記半導体層６４の第１面６４ａおよび非導電層６２の第１面６２ａ上に配置されている。前記ショットキー電極６５の端部６５ｃ（終端部ともいう）が、前記非導電層６２上に位置している。
上記のような構造とすることで、正ベベル構造においてリーク電流を抑制し、ショットキー電極の終端部での電界集中を効果的に抑制することができる。また、本実施態様においては、半導体層６４の第２面６４ｂと、半導体層６４よりも絶縁性の高い非導電層６２の第２面６２ｂとが面一である。また、前記半導体層６４の第１面６４ａと、前記半導体層６４よりも絶縁性の高い高抵抗層６２の第１面６２ａとが面一となっており、平坦面にショットキー電極６５を配置することができて、ショットキー電極の終端部での電界集中を抑制し、かつ半導体装置の薄型化につながる構造を有している。本実施態様において、前記半導体層６４は、例えば、ｎ－型半導体層であり、半導体装置１００は、さらに、ｎ－型半導体層６４の第２面６４ｂに接触して配置されたｎ＋型半導体層６１と、ｎ＋型半導体層６１に接触して配置された第２の電極６６（ここではオーミック電極）を有している。本発明の実施態様における半導体装置は、縦型のショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）である。なお、「整流接合界面」とは、整流作用を有する接合界面であれば、特に限定されない。本発明の実施態様においては、前記整流接合が、ショットキー接合またはＰＮ接合であるのが好ましい。
上記のような構造とすることで、正ベベル構造においてリーク電流を抑制し、ショットキー電極の終端部での電界集中を効果的に抑制することができる。また、本実施態様においては、半導体層６４の第２面６４ｂと、半導体層６４よりも絶縁性の高い非導電層６２の第２面６２ｂとが面一である。また、前記半導体層６４の第１面６４ａと、前記半導体層６４よりも絶縁性の高い高抵抗層６２の第１面６２ａとが面一となっており、平坦面にショットキー電極６５を配置することができて、ショットキー電極の終端部での電界集中を抑制し、かつ半導体装置の薄型化につながる構造を有している。本実施態様において、前記半導体層６４は、例えば、ｎ－型半導体層であり、半導体装置１００は、さらに、ｎ－型半導体層６４の第２面６４ｂに接触して配置されたｎ＋型半導体層６１と、ｎ＋型半導体層６１に接触して配置された第２の電極６６（ここではオーミック電極）を有している。本発明の実施態様における半導体装置は、縦型のショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）である。なお、「整流接合界面」とは、整流作用を有する接合界面であれば、特に限定されない。本発明の実施態様においては、前記整流接合が、ショットキー接合またはＰＮ接合であるのが好ましい。
前記半導体層としては、例えば、炭化珪素（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）や、窒化ガリウム（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、窒化インジウム（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｉｎｄｉｕｍ）、窒化アルミニウム（Ｇａｌｌｉｕｍ Ａｌｍｉｎｉｕｍ）およびそれらの混晶を含めた窒化ガリウム窒化物半導体を主成分として含んでいてもよいし、結晶性金属酸化物を主成分として含んでいてもよい。本実施態様においては、前記半導体層が、ガリウムを少なくとも含むのが好ましい。また、本実施態様においては、前記半導体層が、結晶性金属酸化物を主成分として含むのが好ましく、結晶性酸化ガリウムまたは酸化ガリウムの混晶を含むのがより好ましい。なお、「主成分」とは、例えば前記半導体層がα－Ｇａ２Ｏ３を主成分として含む場合、前記半導体層中の金属元素中のガリウムの原子比が０．５以上の割合でα－Ｇａ２Ｏ３が含まれていればそれでよい。本発明においては、前記半導体層中の金属元素中のガリウムの原子比が０．７以上であることが好ましく、０．８以上であるのがより好ましい。
高抵抗層６２は、前記半導体層６４よりも電気抵抗率の高い層でれば、特に限定されない。本実施亭用においては、前記高抵抗層が、非導電層であるのが好ましい。前記非導電層は半絶縁体層や絶縁体層であるのが好ましく、本発明の実施態様においては、絶縁体層であるのがより好ましい。半絶縁体層としては、例えば、ポリシリコン（多結晶シリコン）、アモルファスシリコン、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）およびドーピング処理していない結晶層や、マグネシウム（Ｍｇ）、ルテニウム（Ｒｕ）、鉄（Ｆｅ）、ベリリウム（Ｂｅ）、セシウム（Ｃｓ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）等の半絶縁体ドーパントを含む結晶層が挙げられる。また、絶縁体層の材料としては、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）や窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、Ｈｆ（ハフ二ウム）、Ｔａ（タンタル）、スズ（Ｓｎ）等の酸化物、窒化物または炭化物等が挙げられる。上記したような好ましい絶縁体層と、後述するベベル構造とを組み合わせることにより、電界集中の抑制をより効果的に発現することができる。
さらに、本発明の別の実施態様として、図１８に半導体装置の断面図を示す。本実施態様の半導体装置２００はｐｎ接合を有する。半導体装置２００は、第１面６４ａと、前記第1面６４ａの反対側に位置する第２面６４ｂと、前記第１面６４ａと前記第２面６４ｂとの間に位置する側面と、前記側面の少なくとも一部に設けられた傾斜面６４ｃと、前記傾斜面６４ｃに隣接する位置にある第１領域６４ｆと、前記第１領域６４ｆよりも前記傾斜面６４ｃから平面視で離れた位置にある第２領域６４ｇとを含む第１の半導体膜６４を有している。前記第１領域６４ｆが第１の半導体膜６４の側面に近い位置にあり、前記第２領域６４ｇは半導体膜６４（半導体層ともいう）の中心部を含む位置にある。本実施態様において、電界の集中する傾向にある半導体膜の端部付近となる前記第１領域６４ｆの転位密度が、前記第２領域６４ｇの転位密度よりも低いことから半導体特性の向上（特に、リーク電流の抑制）につながる。さらに、半導体装置２００は、半導体層（第１の半導体層ともいう）６４と、前記第１の半導体層６４の側面６４ｃの少なくとも一部が接触している、前記第１の半導体層６４よりも絶縁性の高い高抵抗層６２と、前記第１の半導体層６４の第１面６４ａ上に配置された第２の半導体層６７と、を有し、前記第２の半導体層６７の側面６７ｃの少なくとも一部が、前記第１の半導体層６４よりも絶縁性の高い層６２と接触している。前記第２の半導体層６７は、第１面６７ａと、前記第1面６７ａの反対側に位置する第２面６７ｂと、前記第１面６７ａと前記第２面６７ｂとの間に位置する側面と、前記側面の少なくとも一部に設けられた傾斜面６７ｃと、前記傾斜面６７ｃに隣接する位置にある第１領域６７ｆと、前記第１領域６７ｆよりも前記傾斜面６７ｃから平面視で離れた位置にある第２領域６７ｇとを含む半導体膜６７を有している。前記第１領域６７ｆが第２の半導体半層６７の側面に近い位置にあり、前記第２領域６７ｇは半導体膜６７（半導体層ともいう）の中心部を含む位置にある。本実施態様において、電界の集中する傾向にある半導体膜の端部付近となる前記第１領域６７ｆの転位密度が、前記第２領域６７ｇの転位密度よりも低いことから半導体特性の向上につながる。ここで、前記第１の半導体層の不純物濃度は、前記第２の半導体層の不純物濃度よりも小さい。また、前記高抵抗層６２は非導電層である。さらに、半導体装置２００は、前記第２の半導体層６７上および前記非導電層６２上に配置された第１の電極６５を有し、前記第１の電極６５の端部６５ｃ（終端部ともいう）が前記非導電層６２上に位置している。さらに、本実施態様における半導体装置２００は整流接合界面９０を有し、整流接合界面９０において、前記第１の半導体層と６４と前記第２の半導体層６７とが接合されてｐｎ接合となっている。さらに、本実施例において、半導体装置２００は正ベベル構造を有しており、前記第１の半導体層の傾斜面６４ｃおよび／または前記第２の半導体層の傾斜面６７ｃと前記ｐｎ接合の整流接合界面とのなす角度が９０°未満となっている。すなわち、前記第１の半導体層の傾斜面６４ｃは、前記第１の半導体層の前記第１面６４ａから前記第２面６４ｂに向かう方向に膜厚が増加する傾斜面となっている。詳細には、本実施態様における半導体装置２００は、第１面６４ａと、前記第１面６４ａの反対側で、前記第１面６４ａよりも面積の小さい第２面６４ｂと、前記第１面６４ａと前記第２面６４ｂとの間に位置する端部に傾斜面６４ｃを有する第１の半導体層（第１の半導体膜ともいう）６４と、前記第１の半導体層６４の前記第１面６４ａ上に配置された、第１の半導体層６４とは電気導電の異なる第２の半導体層６７とを少なくとも有している。前記第２の半導体層（第２の半導体膜ともいう）６７は、第１面６７ａと、前記第１の半導体層６４の第１面６４ａに接触して配置される第２面６７ｂと、前記第１面６７ａと前記第２面６７ｂとの間に位置する傾斜面６７ｃとを有している。なお、前記第１の半導体層６４の第１面６４ａと前記傾斜面６４ｃのなす傾斜角６４ｅが、１０°＜傾斜角６４ｅ＜９０°の範囲にあるのが好ましく、傾斜角６４ｅが７０°以下であるのがより好ましく、２０°以上７０°以下であるのが最も好ましい。上記のような構造とすることで、正ベベル構造においてリーク電流を抑制し、第１の電極６５の終端部６５ｃでの電界集中を効果的に抑制することができる。前記第２の半導体層６７の第１面６７ａと前記傾斜面６７ｃのなす傾斜角６７ｅは、前記第１の半導体膜６４の第１面６４ａと前記傾斜面６４ｃのなす傾斜角６４ｅに等しい。第１の半導体膜６４は、例えば、ｎ型半導体膜で、第２の半導体膜６７は、ｐ＋型半導体膜であってもよい。
また、本発明の別の実施態様として、図１９に半導体装置の断面図を示す。本実施態様の半導体装置３００は、第１面６４ａと、前記第1面６４ａの反対側に位置する第２面６４ｂと、前記第１面６４ａと前記第２面６４ｂとの間に位置する側面と、前記側面の少なくとも一部に設けられた傾斜面６４ｃと、前記傾斜面６４ｃに隣接する位置にある第１領域６４ｆと、前記第１領域６４ｆよりも前記傾斜面６４ｃから平面視で離れた位置にある第２領域６４ｇとを含む半導体膜６４を有している。前記第１領域６４ｆが半導体膜６４の側面に近い位置にあり、前記第２領域６４ｇは半導体膜６４（半導体層ともいう）の中心部を含む位置にある。本実施態様において、電界の集中する傾向にある半導体膜の端部付近となる前記第１領域６４ｆの転位密度が、前記第２領域６４ｇの転位密度よりも低いことから半導体特性の向上（特に、リーク電流の抑制）につながる。さらに、本実施態様における半導体装置３００は整流接合界面９０を有し、整流接合界面９０において、前記半導体膜６４と接合された第１の電極６５（ここではショットキー電極）を有している。前記半導体装置３００は、さらに、前記半導体層６４の側面の少なくとも一部が接触している、前記半導体層６４よりも絶縁性の高い層６３と、前記半導体層６４上および前記半導体層６４より絶縁性の高い層６３上に配置されたショットキー電極６５と、を有し、前記ショットキー電極６５の端部６５ｃが前記半導体層６４より絶縁性の高い層６３上に位置している。図１７の半導体装置１００と異なる点として、非導電層６２上に、非導電層６２とは異なる材料の保護膜６３が配置されている。保護膜６３も半導体層６４よりも絶縁性が高く、好ましくは非導電層であって、例えば、非導電層６２がシリコン（Ｓｉ）を含む場合には、保護膜６３はＳｉを含まない（シリコンフリー）材料の保護膜６３であることが好ましい。前記保護膜６３の材料としては、例えば、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）や、ゲルマニウム（Ｇｅ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、Ｈｆ（ハフ二ウム）、Ｔａ（タンタル）、スズ（Ｓｎ）等の酸化物、窒化物または炭化物等が挙げられる。本発明の実施態様の一つとして、エピタキシャル成長させた半導体膜および／または２以上の半導体膜を含む積層構造体の端部に正ベベル構造を形成する際に、非導電層６２をマスクとして利用できるが、汎用性の高いマスク材料にはＳｉが含まれることが多い。この場合、Ｓｉを含まない保護膜６３をマスク上に配置することで、マスク材料のＳｉが半導体膜内に取り込まれるのを抑制し、正ベベル構造を有する半導体膜および／または２以上の半導体膜を含む積層構造体を得ることができる。詳細は後述するが、保護膜はマスクの傾斜面を形成した後にマスク上に配置される薄膜で、半導体膜および／または２以上の半導体膜を含む積層構造体は前記保護膜上に形成される。したがって、保護膜６３は非導電層６２の少なくとも傾斜面６２ｃを被覆しているのが好ましく、非導電層６２の前記第１の傾斜面６２ｃが、保護膜６３を介して、半導体層の端部の傾斜面および／または積層構造体の端部の傾斜面と密着しているのが好ましい。本実施態様においても、前記半導体層６４の傾斜面６４ｃは、第１面６４ａから第２面６４ｂに向かって膜厚が増加する傾斜面を構成している。本発明の実施態様において、例えば、前記半導体層６４は酸化ガリウムを含む。
さらに、本発明の別の実施態様として、図２０に半導体装置の断面図を示す。本実施態様の半導体装置４００は、第１面６４ａと、前記第1面６４ａの反対側に位置する第２面６４ｂと、前記第１面６４ａと前記第２面６４ｂとの間に位置する側面と、前記側面の少なくとも一部に設けられた傾斜面６４ｃと、前記傾斜面６４ｃに隣接する位置にある第１領域６４ｆと、前記第１領域６４ｆよりも前記傾斜面６４ｃから平面視で離れた位置にある第２領域６４ｇとを含む半導体膜６４を有している。前記第１領域６４ｆが半導体膜６４の側面に近い位置にあり、前記第２領域６４ｇは半導体膜６４（半導体層ともいう）の中心部を含む位置にある。本実施態様において、電界の集中する傾向にある半導体膜の端部付近となる前記第１領域６４ｆの転位密度が、前記第２領域６４ｇの転位密度よりも低いことから半導体特性の向上につながる。さらに、本実施態様における半導体装置４００は整流接合界面９０を有し、整流接合界面９０において、前記半導体膜６４と接合された第１の電極６５（ここではショットキー電極）を有している。半導体装置４００は、さらに、前記半導体層６４の側面の少なくとも一部６４ｃが接触している、前記半導体層６４よりも絶縁性の高い層６２と、前記半導体層６４上および前記半導体層６４より絶縁性の高い層６２上に配置された第１の電極（ここせはショットキー電極）６５と、を有し、前記ショットキー電極６５の端部６５ｃ（終端部ともいう）が前記半導体層６４より絶縁性の高い層６２上に位置している。本実施態様においては、前記半導体層６４の第１面６４ａと非導電層６２上の第１面６２ａとが面一になっており、平坦面にショットキー電極６５を配置することができて、ショットキー電極の終端部での電界集中を抑制し、かつ半導体装置の薄型化につながる構造を有している。本発明の実施態様において、半導体層６４をエピタキシャル成長させて、半導体層６４上に傾斜面６４ｅを有するマスクを配置し、半導体層６４の端部の少なくとも一部に傾斜面６４ｃを有する正ベベル構造の半導体層６４を形成することができる。マスクは半導体装置の非導電層６２として、ショットキー電極の終端部の配置に利用することができる。本実施態様において、非導電層６２の少なくとも傾斜面６２ｃと第２面６２ｂとが半導体層６４内に埋設される。すなわち、本実施態様においては、前記非導電層の第２面６２ｂが、前記半導体層の第２面６４ｂよりも前記ショットキー電極に近い位置にある。上記のような構造とすることで、耐圧性により優れた半導体装置が得られるだけでなく、ショットキー電極の終端部での電界集中を効果的に抑制することができる。
なお、本発明の製法の実施態様においては、半導体膜をエピタキシャル成長することが可能なものあれば、特に限定されず、例えば、スプレー法、ミストＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法およびスパッタリング法から選択される少なくとも1つの方法により形成することができる。
一例として、図５で示すＨＶＰＥ法を用いて半導体膜を形成する場合について説明する。例えば、金属を含む金属源をガス化して金属含有原料ガスとし、ついで、前記金属含有原料ガスと、酸素含有原料ガスとを反応室内の、傾斜面を有するマスクが配置された基体上に供給して半導体膜を成膜することができる。また、前記半導体膜を成膜する際に、前記金属含有原料ガスと酸素含有原料ガスと反応性ガスとを、前記傾斜面を有するマスクが配置された基体上に供給し、前記成膜を行うことができる。ＨＶＰＥ装置５０は、例えば、反応室５１と、金属源５７を加熱するヒータ５２ａおよび基体ホルダ５６に固定されている基体を加熱するヒータ５２ｂとを備えている。さらに、反応室５１内に、酸素含有原料ガス供給管５５ｂと、反応性ガス供給管５４ｂと、基体を設置する基体ホルダ５６とを備えていてもよい。そして、反応性ガス供給管５４ｂ内には、金属含有原料ガス供給管５３ｂが備えられており、二重管構造を形成している。なお、酸素含有原料ガス供給管５５ｂは、酸素含有原料ガス供給源５５ａと接続されており、酸素含有原料ガス供給源５５ａから酸素含有原料ガス供給管５５ｂを介して、酸素含有原料ガスが基板ホルダ５６に固定されている基板に供給可能なように、酸素含有原料ガスの流路を構成している。また、反応性ガス供給管５４ｂは、反応性ガス供給源５４ａと接続されており、反応性ガス供給源５４ａから反応性ガス供給管５４ｂを介して、反応性ガスが基板ホルダ５６に固定されている基板に供給可能なように、反応性ガスの流路を構成している。金属含有原料ガス供給管５３ｂは、ハロゲン含有原料ガス供給源５３ａと接続されており、ハロゲン含有原料ガスが金属源に供給されて金属含有原料ガスとなり金属含有原料ガスが基板ホルダ５６に固定されている基板に供給される。反応室５１には、使用済みのガスを排気するガス排出部５９が設けられており、さらに、反応室５１の内壁には、反応物が析出するのを防ぐ保護シート５８が備え付けられている。
（金属源）
前記金属源は、金属を含んでおり、ガス化が可能なものであれば、特に限定されず、金属単体であってもよいし、金属化合物であってもよい。前記金属としては、例えば、ガリウム、アルミニウム、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等から選ばれる１種または２種以上の金属等が挙げられる。本発明においては、前記金属が、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムから選ばれる１種または２種以上の金属であるのが好ましく、ガリウムであるのがより好ましく、前記金属源が、ガリウム単体であるのが最も好ましい。また、前記金属源は、気体であってもよいし、液体であってもよいし、固体であってもよいが、本発明においては、例えば、前記金属としてガリウムを用いる場合には、前記金属源が液体であるのが好ましい。
前記金属源は、金属を含んでおり、ガス化が可能なものであれば、特に限定されず、金属単体であってもよいし、金属化合物であってもよい。前記金属としては、例えば、ガリウム、アルミニウム、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等から選ばれる１種または２種以上の金属等が挙げられる。本発明においては、前記金属が、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムから選ばれる１種または２種以上の金属であるのが好ましく、ガリウムであるのがより好ましく、前記金属源が、ガリウム単体であるのが最も好ましい。また、前記金属源は、気体であってもよいし、液体であってもよいし、固体であってもよいが、本発明においては、例えば、前記金属としてガリウムを用いる場合には、前記金属源が液体であるのが好ましい。
前記ガス化の手段は、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。本発明の実施態様においては、前記ガス化の手段が、前記金属源をハロゲン化することにより行われるのが好ましい。前記ハロゲン化に用いるハロゲン化剤は、前記金属源をハロゲン化できさえすれば、特に限定されず、公知のハロゲン化剤であってよい。前記ハロゲン化剤としては、例えば、ハロゲンまたはハロゲン化水素等が挙げられる。前記ハロゲンとしては、例えば、フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素等が挙げられる。また、前記ハロゲン化水素としては、例えば、フッ化水素、塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素等が挙げられる。本発明においては、前記ハロゲン化に、ハロゲン化水素を用いるのが好ましく、塩化水素を用いるのがより好ましい。本発明においては、前記ガス化を、前記金属源に、ハロゲン化剤として、ハロゲンまたはハロゲン化水素を供給して、前記金属源とハロゲンまたはハロゲン化水素とをハロゲン化金属の気化温度以上で反応させてハロゲン化金属とすることにより行うのが好ましい。前記ハロゲン化反応温度は、特に限定されないが、本発明においては、例えば、前記金属源がガリウムであり、前記ハロゲン化剤が、ＨＣｌである場合には、９００℃以下が好ましく、７００℃以下がより好ましく、４００℃～７００℃であるのが最も好ましい。前記金属含有原料ガスは、前記金属源の金属を含むガスであれば、特に限定されない。前記金属含有原料ガスとしては、例えば、前記金属のハロゲン化物（フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物など）等が挙げられる。
本発明の実施態様においては、金属を含む金属源をガス化して金属含有原料ガスとした後、前記金属含有原料ガスと、前記酸素含有原料ガスとを、前記反応室内の基板上に供給する。また、本発明においては、反応性ガスを前記基板上に供給する。前記酸素含有原料ガスとしては、例えば、Ｏ２ガス、ＣＯ２ガス、ＮＯガス、ＮＯ２ガス、Ｎ２Ｏガス、Ｈ２ＯガスまたはＯ３ガス等が挙げられる。本発明においては、前記酸素含有原料ガスが、Ｏ２、Ｈ２ＯおよびＮ２Ｏからなる群から選ばれる１種または２種以上のガスであるのが好ましく、Ｏ２を含むのがより好ましい。なお、本発明の実施形態の一つとして、前記酸素含有原料ガスはＣＯ２を含んでいてもよい。前記反応性ガスは、通常、金属含有原料ガスおよび酸素含有原料ガスとは異なる反応性のガスであり、不活性ガスは含まれない。前記反応性ガスとしては、特に限定されないが、例えば、エッチングガス等が挙げられる。前記エッチングガスは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知のエッチングガスであってよい。本発明においては、前記反応性ガスが、ハロゲンガス（例えば、フッ素ガス、塩素ガス、臭素ガスまたはヨウ素ガス等）、ハロゲン化水素ガス（例えば、フッ酸ガス、塩酸ガス、臭化水素ガス、ヨウ化水素ガス等）、水素ガスまたはこれら２種以上の混合ガス等であるのが好ましく、ハロゲン化水素ガスを含むのが好ましく、塩化水素を含むのが最も好ましい。なお、前記金属含有原料ガス、前記酸素含有原料ガスまたは前記反応性ガスは、キャリアガスを含んでいてもよい。前記キャリアガスとしては、例えば、窒素やアルゴン等の不活性ガス等が挙げられる。また、前記金属含有原料ガスの分圧は特に限定されないが、本発明においては、０．５Ｐａ～１ｋＰａであるのが好ましく、５Ｐａ～０．５ｋＰａであるのがより好ましい。前記酸素含有原料ガスの分圧は、特に限定されないが、本発明においては、前記金属含有原料ガスの分圧の０．５倍～１００倍であるのが好ましく、１倍～２０倍であるのがより好ましい。前記反応性ガスの分圧も、特に限定されないが、本発明においては、前記金属含有原料ガスの分圧の０．１倍～５倍であるのが好ましく、０．２倍～３倍であるのがより好ましい。
本発明の実施態様においては、さらに、ドーパント含有ガスを前記基板に供給するのも好ましい。前記ドーパント含有ガスは、ドーパントを含んでいれば、特に限定されない。前記ドーパントも、特に限定されないが、本発明においては、前記ドーパントが、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブおよびスズから選ばれる１種または２種以上の元素を含むのが好ましく、ゲルマニウム、ケイ素、またはスズを含むのがより好ましく、ゲルマニウムを含むのが最も好ましい。このようにドーパント含有ガスを用いることにより、得られる膜の導電率を容易に制御することができる。前記ドーパント含有ガスは、前記ドーパントを化合物（例えば、ハロゲン化物、酸化物等）の形態で有するのが好ましく、ハロゲン化物の形態で有するのがより好ましい。前記ドーパント含有原料ガスの分圧は、特に限定されないが、本発明においては、前記金属含有原料ガスの分圧の１×１０－７倍～０．１倍であるのが好ましく、２．５×１０－６倍～７．５×１０－２倍であるのがより好ましい。なお、本発明においては、前記ドーパント含有ガスを、前記反応性ガスとともに前記基板上に供給するのが好ましい。
なお、後述するが、別の一例として、図９で示すようなミストＣＶＤ装置を用いて本発明の実施態様における半導体膜および／または基体の少なくとも一部を形成することができる。
（基体）
前記基体は、マスクおよび／また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、本発明の実施態様の一つにおいては、基板が好ましい。また、本発明の別の実施態様においては、基体が結晶層を含むのも好ましい。前記結晶層が半導体層であってもよい。例えば、図１４に示すように、基体１１が基板１６と、前記基板１６上に形成された結晶層（半導体層を含む）１７を有していてもよい。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く、基体自体が半導体層であってもよい。例えば図１５に示すように、基体１１が基板１６と、前記基板１６上に配置された結晶層１７（例えば、ｎ＋型半導体層のような半導体層であってもよい）と、前記結晶層１７上に配置されたさらに別の結晶層１８（例えば、ｎ－型半導体層のような半導体層であってもよい）とを含んでいてもよい。この場合、図１６に示すように、基体１１の一部として半導体層１８を形成した後に、基体１１の第１面１１ａとなる前記半導体層１８上に、マスク層を配置する。次に、エッチングにより、マスク層の一部を除去して、傾斜面１２ｃを有する開口部１２ｄを形成し、基体１１の第１面１１ａとなる半導体層１８を開口部１２ｄ内に露出させ、前記半導体層１８と同じ半導体材料で半導体膜１４を続けて成長させることもできる。このように、基体１１の一部である前記半導体層１８から同じ材料を用いて半導体膜１４をエピタキシャル成長させることで、半導体膜内に少なくとも一部が埋設された傾斜面を有するマスクを配置し、かつ半導体膜の少なくとも一部に、前記マスク１２（非導電層）の傾斜面と係合するベベル構造を有する半導体膜を含む半導体装置を容易に得ることが出来る。例えば、図２０で示すように、非導電層６２の少なくとも傾斜面６２ｃと第２面６２ｂが半導体層６４内に埋設されて、前記非導電層６２の傾斜面６２ｃと係合する傾斜面６４ｃを有する半導体層６４を含む半導体装置４００を得ることもできる。また、本実施態様のように、基体１１の第１面１１ａに位置する層と、第１面１１ａの反対側の第２面１１ｂに位置する層が互いに組成の異なる結晶層および／または半導体層であってもよい。本発明の実施態様の一つとして、前記マスク１２の開口部１２の側面の少なくとも一部に傾斜面が配置されるように開口部を形成してもよいし、別の実施態様として、マスク層の開口部の側面全体に環状の傾斜面が配置されるようにマスク層の開口部を形成してもよい。
前記基体は、マスクおよび／また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、本発明の実施態様の一つにおいては、基板が好ましい。また、本発明の別の実施態様においては、基体が結晶層を含むのも好ましい。前記結晶層が半導体層であってもよい。例えば、図１４に示すように、基体１１が基板１６と、前記基板１６上に形成された結晶層（半導体層を含む）１７を有していてもよい。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く、基体自体が半導体層であってもよい。例えば図１５に示すように、基体１１が基板１６と、前記基板１６上に配置された結晶層１７（例えば、ｎ＋型半導体層のような半導体層であってもよい）と、前記結晶層１７上に配置されたさらに別の結晶層１８（例えば、ｎ－型半導体層のような半導体層であってもよい）とを含んでいてもよい。この場合、図１６に示すように、基体１１の一部として半導体層１８を形成した後に、基体１１の第１面１１ａとなる前記半導体層１８上に、マスク層を配置する。次に、エッチングにより、マスク層の一部を除去して、傾斜面１２ｃを有する開口部１２ｄを形成し、基体１１の第１面１１ａとなる半導体層１８を開口部１２ｄ内に露出させ、前記半導体層１８と同じ半導体材料で半導体膜１４を続けて成長させることもできる。このように、基体１１の一部である前記半導体層１８から同じ材料を用いて半導体膜１４をエピタキシャル成長させることで、半導体膜内に少なくとも一部が埋設された傾斜面を有するマスクを配置し、かつ半導体膜の少なくとも一部に、前記マスク１２（非導電層）の傾斜面と係合するベベル構造を有する半導体膜を含む半導体装置を容易に得ることが出来る。例えば、図２０で示すように、非導電層６２の少なくとも傾斜面６２ｃと第２面６２ｂが半導体層６４内に埋設されて、前記非導電層６２の傾斜面６２ｃと係合する傾斜面６４ｃを有する半導体層６４を含む半導体装置４００を得ることもできる。また、本実施態様のように、基体１１の第１面１１ａに位置する層と、第１面１１ａの反対側の第２面１１ｂに位置する層が互いに組成の異なる結晶層および／または半導体層であってもよい。本発明の実施態様の一つとして、前記マスク１２の開口部１２の側面の少なくとも一部に傾斜面が配置されるように開口部を形成してもよいし、別の実施態様として、マスク層の開口部の側面全体に環状の傾斜面が配置されるようにマスク層の開口部を形成してもよい。
（結晶基板）
前記基体が結晶基板を含む場合あるいは前記基体が結晶基板である場合、前記結晶基板は、結晶物を主成分として含む基板であれば特に限定されず、公知の基板であってよい。絶縁体基板であってもよいし、導電性基板であってもよいし、半導体基板であってもよい。単結晶基板であってもよいし、多結晶基板であってもよい。前記結晶基板としては、例えば、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、コランダム構造を有する結晶物を主成分として含む基板、またはβ－ガリア構造を有する結晶物を主成分として含む基板、六方晶構造を有する基板などが挙げられる。なお、前記「主成分」とは、基板中の組成比で、前記結晶物を５０％以上含むものをいい、好ましくは７０％以上含むものであり、より好ましくは９０％以上含むものである。
前記基体が結晶基板を含む場合あるいは前記基体が結晶基板である場合、前記結晶基板は、結晶物を主成分として含む基板であれば特に限定されず、公知の基板であってよい。絶縁体基板であってもよいし、導電性基板であってもよいし、半導体基板であってもよい。単結晶基板であってもよいし、多結晶基板であってもよい。前記結晶基板としては、例えば、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、コランダム構造を有する結晶物を主成分として含む基板、またはβ－ガリア構造を有する結晶物を主成分として含む基板、六方晶構造を有する基板などが挙げられる。なお、前記「主成分」とは、基板中の組成比で、前記結晶物を５０％以上含むものをいい、好ましくは７０％以上含むものであり、より好ましくは９０％以上含むものである。
前記コランダム構造を有する結晶物を主成分として含む基板としては、例えば、サファイア基板、α型酸化ガリウム基板などが挙げられる。前記β－ガリア構造を有する結晶物を主成分として含む基板としては、例えば、β－Ｇａ２Ｏ３基板、またはβ－Ｇａ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３とを含む混晶体基板などが挙げられる。なお、β－Ｇａ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３とを含む混晶体基板としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３が原子比で０％より多くかつ６０％以下含まれる混晶体基板などが好適な例として挙げられる。また、前記六方晶構造を有する基板としては、例えば、ＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板、ＧａＮ基板などが挙げられる。その他の結晶基板の例示としては、例えば、Ｓｉ基板などが挙げられる。
本発明の実施態様の一つとして、前記結晶基板が、サファイア基板であるのが好ましい。前記サファイア基板としては、例えば、ｃ面サファイア基板、ｍ面サファイア基板、ａ面サファイア基板などが挙げられる。また、前記サファイア基板はオフ角を有していてもよい。前記オフ角は、特に限定されないが、好ましくは０°～１５°である。なお、前記結晶基板の厚さは、特に限定されないが、好ましくは、５０～２０００μｍであり、より好ましくは２００～８００μｍである。
本発明の実施態様の一つとして、図１に、基体１１の表面上に配置されたマスクの一態様の一部を模式的に示す。詳細には、図３の（ａ）で示すように、基体１１の第１面１１ａ上にマスク１２としてマスク層を形成する。マスク材料としては半導体膜よりも電気絶縁性の高い材料で形成することができ、例えば、マスク材料が半絶縁体材料や絶縁体材料であるのが好ましい。半絶縁体材料としては、例えば、ポリシリコン（多結晶シリコン）、アモルファスシリコン、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）およびドーピング処理していない結晶層や、マグネシウム（Ｍｇ）、ルテニウム（Ｒｕ）、鉄（Ｆｅ）、ベリリウム（Ｂｅ）、セシウム（Ｃｓ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）等の半絶縁体ドーパントを含む結晶層が挙げられる。また、絶縁体材料としては、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）や窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、Ｈｆ（ハフ二ウム）、Ｔａ（タンタル）、スズ（Ｓｎ）等の酸化物、窒化物または炭化物等が挙げられる。なお、本発明の実施態様においては、マスク層が絶縁体からなるのがより好ましい。基体１１は、第１面１１ａと第１面１１ａの反対側の第２面１１ｂとを有している。基体１１の第１面１１ａ上にマスク層１２（以下、マスクおよび／または第１のマスクともいう）を形成し、例えば、マスク層１２の少なくとも一部にレジスト層を配置し、酸を用いてマスク層１２をエッチングすることで、図３の（ｂ）で示すように、マスク層の開口部１２ｄの側面に環状の傾斜面１２ｃを形成することができる。本発明の実施態様において、エッチングはドライエッチングでもウェットエッチングでもよいが、マスク層に傾斜面を形成するので、等方性エッチングであることが好ましい。
図３（ｂ）は、例えば、図１のＩＩＩｂ－ＩＩＩｂ部分の断面を示す。前記マスク１２の前記開口部１２ｄが前記マスク１２の第１面１２ａから反対側の第２面１２ｂまで貫通しており、前記マスク１２の前記第１面１２ａよりも前記マスク１２の前記第２面１２ｂが前記基体１１の前記第１面１１ａに近い位置にある。半導体膜の研削などの加工に比べて、マスク層の厚膜形成および加工は短時間で容易に行うことができ、マスクに平滑な傾斜面を得ることも容易である。本発明の実施態様における傾斜面を有するマスクは、半導体膜および／または積層構造体の端部にベベル構造を形成することを目的の１つとして用いられるので、半導体膜の厚みと同じ厚みか、それ以上の厚みを有する。したがって、前記傾斜面が形成されるマスクの厚みは少なくとも１μｍ以上が好ましく、１μｍ以上１００μｍ以下であるのが好ましい。さらに別の実施態様として、基体１１の第１面１１ａ上に、マスク１２として、マスク層を形成し、前記傾斜面１２ｃを有する開口部１２ｄを形成した後、さらに図３（ｃ）で示すように、マスク１２を第１のマスクとして、第１のマスクの高さの半分以下の高さで、開口部の大きさよりも表面積の小さい凸状の第２のマスク１２’を前記開口部１２ｄ内の基体１１の第１面１１ａ上に配置することもできる。このようにして、基体１１の第１面１１ａから第２のマスク１２’上に横方向成長を含めて半導体膜１４をエピタキシャル成長させて、さらに、第１のマスク１２の傾斜面１２ｃ上に横方向成長を含めて半導体膜１４をエピタキシャル成長させることにより、端部に傾斜面を有し、かつ転位のより少ない半導体膜１４を得ることもできる。前記傾斜面は、半導体膜の周端部に環状に形成することができるので、ベベル構造を有する半導体装置を容易に製造することができる。なお、本発明の実施態様においては、開口部１２ｄの形状は、平面視で角部のない形状が好ましい。図２に示すように、開口部１２ｄの形状が、平面視で角丸正方形としてもよい。なお、本実施態様においては、前記マスク１２の開口部１２ｄが平面視で円形であり、前記開口部１２ｄ内の前記マスク１２の側面が、平面視で、基体１１の第１面１１ａに向かって、前記開口部１２ｄの中心に近づく方向に傾斜する傾斜面１２ｃとなっている。前記開口部１２ｄの断面図においては、前記マスク１２の傾斜面１２ｃは、前記マスクの前記第１面から前記マスクの前記第２面に向かって厚みが減少するテーパ形状を有している。前記マスク１２の前記第１面１２ａと前記第２面１２ｂは平行であって、前記マスク１２の前記第２面１２ｂは、前記マスク１２の第１面１２ａよりも面積が大きい。前記傾斜面１２ｃを有するマスク１２が配置された基体１１上に、半導体膜１４を成長させることで、周端部に環状の傾斜面を有する半導体膜１４を、例えば、平面視で円形状に形成することができる。本発明の実施態様における製造方法によれば、例えば、図１７で示すような半導体装置１００を容易に得ることができる。半導体装置１００は、平坦な第１面６４ａと、前記第１面６４ａの反対側で、前記第１面６４ａよりも面積の小さい第２面６４ｂと、前記第１面６４ａと前記第２面６４ｂとの間に位置する端部に傾斜面６４ｃを有する半導体膜６４を有している。前記半導体膜６４の第１面６４ａ側に、第１の電極６５としてショットキー電極を配置し、第２面６４ｂ側に第２の電極としてオーミック電極６６を配置することもできる。また、本発明の実施態様における半導体装置の製造方法において、前記結晶層６１上にマスクを配置して、端部に傾斜面を有する半導体層（例えば、ｎ＋型半導体層）をエピタキシャル成長させることもできる。前記ｎ＋半導体層上に、前記ｎ＋型半導体層の傾斜面に連続する傾斜面を有する半導体膜６４（例えば、ｎ－型半導体層）をエピタキシャル成長させれば、積層構造体の端部に正ベベル構造を有する半導体装置であるショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を容易に得ることができる。また、本発明の実施態様における製造方法によれば、例えば、図１８で示すような半導体装置２００を容易に得ることができる。半導体装置２００は、第１面６４ａと、前記第１面６４ａの反対側で、前記第１面６４ａよりも面積の小さい第２面６４ｂと、前記第１面６４ａと前記第２面６４ｂとの間に位置する端部に傾斜面６４ｃを有する第１の半導体膜６４と、前記第１の半導体膜６４の前記第１面６４ａ上に配置された、第１の半導体膜６４とは電気導電の異なる第２の半導体膜６７とを少なくとも有している。前記第２の半導体膜６７は、第１面６７ａと、前記第１の半導体膜６４の第１面６４ａに接触して配置される第２面６７ｂと、前記第１面６７ａと前記第２面６７ｂとの間に位置する傾斜面６７ｃとを有している。なお、前記第１の半導体膜６４の第１面６４ａと前記傾斜面６４ｃのなす傾斜角６４ｅが、１０°＜傾斜角６４ｅ＜９０°の範囲にあるのが好ましく、傾斜角６４ｅが７０°以下であるのがより好ましく、２０°以上７０°以下であるのが最も好ましい。前記第２の半導体膜６７の第１面６７ａと前記傾斜面６７ｃのなす傾斜角６７ｅは、前記第１の半導体膜６４の第１面６４ａと前記傾斜面６４ｃのなす傾斜角６４ｅと角度が等しい。前記第１の半導体膜６４の傾斜面６４ｃから前記第２の半導体膜６７の傾斜面６７ｃへと連続する傾斜面が形成され、複数の半導体層の端部（周端面を含む）に正ベベル構造を有する半導体装置が得られる。なお、ここで「正ベベル構造」を有する半導体装置とは、半導体膜および／または２以上の半導体膜を含む積層構造体の端部での断面積が、空乏層が広がる側に向かって小さくなっていく構造をいう。また、整流接合界面と低不純物濃度層の端面とのなす角が鋭角となる構造を言う。例えば、半導体装置が、図１７のような縦型のＳＢＤの場合には、前記整流接合界面は、ショットキー電極とｎ－半導体層との接合（ショットキー接合）界面となり、低不純物層の端面がｎ－半導体層の端面となる。この場合、ショットキー電極側からオーミック電極側に向かう方向に、前記ショットキー電極に平行な半導体膜の断面積が小さくなっていく構造を含む。半導体膜および／または２以上の半導体膜の積層構造体が逆円垂台のような形状となる場合も含む。また、図１８のようなｐｎ接合を含む半導体装置が「正ベベル構造」を有する場合には、前記整流接合界面はｐｎ接合界面となり、ｐｎ接合界面と低不純物層の端面との角度が９０°未満のものをいい、本発明の実施態様においては、ｐｎ接合界面と低不純物層の端面との角度が２０°以上７０°以下の範囲にあるのが好ましい。本発明の実施態様の一つとして、半導体装置が、高不純物層となるｐ型半導体層と、ｐ型半導体層上に積層された低不純物層となるｎ型半導体層を含んでいてもよい。また、本発明の別の実施態様として、半導体装置が、高不純物層となるｎ型半導体層と、ｎ型半導体層上に積層された低不純物層となるｐ型半導体層を含んでいてもよい。
図３（ｂ）は、例えば、図１のＩＩＩｂ－ＩＩＩｂ部分の断面を示す。前記マスク１２の前記開口部１２ｄが前記マスク１２の第１面１２ａから反対側の第２面１２ｂまで貫通しており、前記マスク１２の前記第１面１２ａよりも前記マスク１２の前記第２面１２ｂが前記基体１１の前記第１面１１ａに近い位置にある。半導体膜の研削などの加工に比べて、マスク層の厚膜形成および加工は短時間で容易に行うことができ、マスクに平滑な傾斜面を得ることも容易である。本発明の実施態様における傾斜面を有するマスクは、半導体膜および／または積層構造体の端部にベベル構造を形成することを目的の１つとして用いられるので、半導体膜の厚みと同じ厚みか、それ以上の厚みを有する。したがって、前記傾斜面が形成されるマスクの厚みは少なくとも１μｍ以上が好ましく、１μｍ以上１００μｍ以下であるのが好ましい。さらに別の実施態様として、基体１１の第１面１１ａ上に、マスク１２として、マスク層を形成し、前記傾斜面１２ｃを有する開口部１２ｄを形成した後、さらに図３（ｃ）で示すように、マスク１２を第１のマスクとして、第１のマスクの高さの半分以下の高さで、開口部の大きさよりも表面積の小さい凸状の第２のマスク１２’を前記開口部１２ｄ内の基体１１の第１面１１ａ上に配置することもできる。このようにして、基体１１の第１面１１ａから第２のマスク１２’上に横方向成長を含めて半導体膜１４をエピタキシャル成長させて、さらに、第１のマスク１２の傾斜面１２ｃ上に横方向成長を含めて半導体膜１４をエピタキシャル成長させることにより、端部に傾斜面を有し、かつ転位のより少ない半導体膜１４を得ることもできる。前記傾斜面は、半導体膜の周端部に環状に形成することができるので、ベベル構造を有する半導体装置を容易に製造することができる。なお、本発明の実施態様においては、開口部１２ｄの形状は、平面視で角部のない形状が好ましい。図２に示すように、開口部１２ｄの形状が、平面視で角丸正方形としてもよい。なお、本実施態様においては、前記マスク１２の開口部１２ｄが平面視で円形であり、前記開口部１２ｄ内の前記マスク１２の側面が、平面視で、基体１１の第１面１１ａに向かって、前記開口部１２ｄの中心に近づく方向に傾斜する傾斜面１２ｃとなっている。前記開口部１２ｄの断面図においては、前記マスク１２の傾斜面１２ｃは、前記マスクの前記第１面から前記マスクの前記第２面に向かって厚みが減少するテーパ形状を有している。前記マスク１２の前記第１面１２ａと前記第２面１２ｂは平行であって、前記マスク１２の前記第２面１２ｂは、前記マスク１２の第１面１２ａよりも面積が大きい。前記傾斜面１２ｃを有するマスク１２が配置された基体１１上に、半導体膜１４を成長させることで、周端部に環状の傾斜面を有する半導体膜１４を、例えば、平面視で円形状に形成することができる。本発明の実施態様における製造方法によれば、例えば、図１７で示すような半導体装置１００を容易に得ることができる。半導体装置１００は、平坦な第１面６４ａと、前記第１面６４ａの反対側で、前記第１面６４ａよりも面積の小さい第２面６４ｂと、前記第１面６４ａと前記第２面６４ｂとの間に位置する端部に傾斜面６４ｃを有する半導体膜６４を有している。前記半導体膜６４の第１面６４ａ側に、第１の電極６５としてショットキー電極を配置し、第２面６４ｂ側に第２の電極としてオーミック電極６６を配置することもできる。また、本発明の実施態様における半導体装置の製造方法において、前記結晶層６１上にマスクを配置して、端部に傾斜面を有する半導体層（例えば、ｎ＋型半導体層）をエピタキシャル成長させることもできる。前記ｎ＋半導体層上に、前記ｎ＋型半導体層の傾斜面に連続する傾斜面を有する半導体膜６４（例えば、ｎ－型半導体層）をエピタキシャル成長させれば、積層構造体の端部に正ベベル構造を有する半導体装置であるショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を容易に得ることができる。また、本発明の実施態様における製造方法によれば、例えば、図１８で示すような半導体装置２００を容易に得ることができる。半導体装置２００は、第１面６４ａと、前記第１面６４ａの反対側で、前記第１面６４ａよりも面積の小さい第２面６４ｂと、前記第１面６４ａと前記第２面６４ｂとの間に位置する端部に傾斜面６４ｃを有する第１の半導体膜６４と、前記第１の半導体膜６４の前記第１面６４ａ上に配置された、第１の半導体膜６４とは電気導電の異なる第２の半導体膜６７とを少なくとも有している。前記第２の半導体膜６７は、第１面６７ａと、前記第１の半導体膜６４の第１面６４ａに接触して配置される第２面６７ｂと、前記第１面６７ａと前記第２面６７ｂとの間に位置する傾斜面６７ｃとを有している。なお、前記第１の半導体膜６４の第１面６４ａと前記傾斜面６４ｃのなす傾斜角６４ｅが、１０°＜傾斜角６４ｅ＜９０°の範囲にあるのが好ましく、傾斜角６４ｅが７０°以下であるのがより好ましく、２０°以上７０°以下であるのが最も好ましい。前記第２の半導体膜６７の第１面６７ａと前記傾斜面６７ｃのなす傾斜角６７ｅは、前記第１の半導体膜６４の第１面６４ａと前記傾斜面６４ｃのなす傾斜角６４ｅと角度が等しい。前記第１の半導体膜６４の傾斜面６４ｃから前記第２の半導体膜６７の傾斜面６７ｃへと連続する傾斜面が形成され、複数の半導体層の端部（周端面を含む）に正ベベル構造を有する半導体装置が得られる。なお、ここで「正ベベル構造」を有する半導体装置とは、半導体膜および／または２以上の半導体膜を含む積層構造体の端部での断面積が、空乏層が広がる側に向かって小さくなっていく構造をいう。また、整流接合界面と低不純物濃度層の端面とのなす角が鋭角となる構造を言う。例えば、半導体装置が、図１７のような縦型のＳＢＤの場合には、前記整流接合界面は、ショットキー電極とｎ－半導体層との接合（ショットキー接合）界面となり、低不純物層の端面がｎ－半導体層の端面となる。この場合、ショットキー電極側からオーミック電極側に向かう方向に、前記ショットキー電極に平行な半導体膜の断面積が小さくなっていく構造を含む。半導体膜および／または２以上の半導体膜の積層構造体が逆円垂台のような形状となる場合も含む。また、図１８のようなｐｎ接合を含む半導体装置が「正ベベル構造」を有する場合には、前記整流接合界面はｐｎ接合界面となり、ｐｎ接合界面と低不純物層の端面との角度が９０°未満のものをいい、本発明の実施態様においては、ｐｎ接合界面と低不純物層の端面との角度が２０°以上７０°以下の範囲にあるのが好ましい。本発明の実施態様の一つとして、半導体装置が、高不純物層となるｐ型半導体層と、ｐ型半導体層上に積層された低不純物層となるｎ型半導体層を含んでいてもよい。また、本発明の別の実施態様として、半導体装置が、高不純物層となるｎ型半導体層と、ｎ型半導体層上に積層された低不純物層となるｐ型半導体層を含んでいてもよい。
また、前記マスク１２は、図１７で示す半導体装置１００の絶縁体層６２として用いることもできる。なお、適宜マスク１２の厚みを設定することが可能であり、半導体膜（層）内に少なくとも一部を埋設するように絶縁体層として配置することができることから、マスク１２を半導体装置のフィールド絶縁膜として用いることもできる。また、別の実施態様として、マスク１２の厚みを半導体膜と同じか、半導体膜の厚みよりも大きくすることで、半導体膜の端部の少なくとも一部に傾斜面を形成することができる。２以上の半導体膜の積層構造体の端部の少なくとも一部に傾斜面を形成する場合には、マスク１２の厚みは、積層構造体と同じか、積層構造体の厚みよりも大きくすることで、前記積層構造体の端部の少なくとも一部に傾斜面を形成することができる。本発明の実施態様によれば、ベベル構造を容易に形成できるだけでなく、フィールド絶縁膜の形成も容易に行うことができる。なお、前記傾斜面６４ｃは、前記第１面６４ａと前記第２面６４ｂとの間に位置する端部の少なくとも一部に設けられていてもよいが、本実施態様においては、端部全体、すなわち半導体膜６４の周端部全体に傾斜面６４ｃがあるのが好ましい。前記半導体膜６４の第１面６４ａ側にショットキー電極を配置すれば、前記第１面６４ａと前記傾斜面６４ｃのなす傾斜角が９０°未満の正ベベル構造を有するショットキーバリアダイオードを得ることができる。また、本実施態様においては、前記半導体膜６４の第１面６４ａと、前記傾斜面６４ｃのなす傾斜角６４ｅが、１０°＜傾斜角６４ｅ＜９０°の範囲にあるのが好ましく、傾斜角６４ｅが７０°以下であるのがより好ましく、２０°以上７０°以下であるのが最も好ましい。
図４は、図３で示されるマスクの開口部の断面を模式的に示す図である。基体１１の第１面１１ａ上に配置されたマスク１２の開口部１２ｄにおいて、基体１１の第１面１１ａに接しているマスク１２の第２面１２ｂと傾斜面１２ｃとのなす角１２ｅ（マスクの傾斜角）を１０°＜傾斜１２ｅ＜９０°の範囲とする。また、本実施態様においては、前記マスク１２の第２面１２ｂと、前記傾斜面１２ｃのなす傾斜角１２ｅが、１０°＜傾斜角６４ｅ＜９０°の範囲にあるのが好ましく、傾斜角１２ｅが７０°以下であるのがより好ましく、２０°以上７０°以下であるのが最も好ましい。図６で示すように、傾斜面１２ｃを有するマスク１２が配置された基体１１上に、半導体膜１４を成長させることにより、第１面１４ａと、第１面１４ａよりも面積の小さい第２面１４ｂと、第１面１４ａと第２面１４ｂとの間に傾斜面１４ｃを有する半導体膜１４を形成することができ、半導体膜１４の第１面１４ａと第２面１４ｂとは互いに平行な平行面とすることができる。本発明の実施態様においては、マスクは半導体膜１４よりも電気絶縁性の高い材料で形成することができる。例えば、マスク材料として、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）や窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）などの絶縁体を用いることができる。また、図４に示すように、マスク１２の第１面１２ａおよび傾斜面１２ｃ上に保護膜１３を配置してもよい。保護膜１３を配置することで、マスク材料に含まれるシリコン等の不純物拡散防止が期待できる。
なお、前記半導体膜１４は、図６で示すように、半導体膜１４の第１面１４ａが、マスク１２の第１面１２ａよりも低い位置に形成することができる。
前記半導体膜が第１面１４ａと、前記第１面１４ａの反対側の第２面１４ｂと、前記第１面１４ａと前記第２面１４ｂとの間に位置する傾斜面１４ｃとを有し、前記マスク１２が第１面１２ａと、前記第１面１２ａの反対側の第２面１２ｂと、前記第１面１２ａと第２面１２ｂとの間に位置する傾斜面１２ｃを含む側面と、を有しており、さらに、前記半導体膜１４の第１面１４ａを、前記マスク１２の第１面１２ａよりも低い位置に形成することができる。なお、図７で示すように、前記半導体膜１４をｎ－型半導体としてエピタキシャル成長した後に、前記半導体膜１４の第１面１４ａ上に、ｐ型半導体膜９をエピタキシャル成長させることもできる。前記ｐ型半導体膜９の第１面９ａと、前記マスク１２の第１面１２ａを同じ高さになるように、前記ｐ型半導体膜９を形成することもできる。このように、本発明の実施態様における製造方法によれば、図１８で示すように、導電型の異なる半導体層の積層構造体の周端部において、ベベル構造を有する半導体装置を容易に形成することができる。また、本発明の実施態様によれば、通常、電界が集中する傾向にある半導体膜の端部にベベル構造を得ることができ、さらに半導体膜の中心部よりもベベル構造のある端部付近において、横方向成長でより転位の少ない半導体結晶が得られることから、半導体特性の向上につながる。なお、後述するが、基体１１を準備する際に、基板１上に凸凹を設けてバッファ層などの結晶層を形成することで、横方向成長した結晶を含む基体を用いて半導体膜を形成することもできる。半導体膜の形成に２回以上の横方向成長を含む結晶形成の工程を組み込むことで、半導体膜の中心部においても、ベベル構造のある端部付近と同等に転位の少ない半導体膜を形成することができ、より絶縁破壊強度の高い半導体装置を得ることができる。
前記半導体膜が第１面１４ａと、前記第１面１４ａの反対側の第２面１４ｂと、前記第１面１４ａと前記第２面１４ｂとの間に位置する傾斜面１４ｃとを有し、前記マスク１２が第１面１２ａと、前記第１面１２ａの反対側の第２面１２ｂと、前記第１面１２ａと第２面１２ｂとの間に位置する傾斜面１２ｃを含む側面と、を有しており、さらに、前記半導体膜１４の第１面１４ａを、前記マスク１２の第１面１２ａよりも低い位置に形成することができる。なお、図７で示すように、前記半導体膜１４をｎ－型半導体としてエピタキシャル成長した後に、前記半導体膜１４の第１面１４ａ上に、ｐ型半導体膜９をエピタキシャル成長させることもできる。前記ｐ型半導体膜９の第１面９ａと、前記マスク１２の第１面１２ａを同じ高さになるように、前記ｐ型半導体膜９を形成することもできる。このように、本発明の実施態様における製造方法によれば、図１８で示すように、導電型の異なる半導体層の積層構造体の周端部において、ベベル構造を有する半導体装置を容易に形成することができる。また、本発明の実施態様によれば、通常、電界が集中する傾向にある半導体膜の端部にベベル構造を得ることができ、さらに半導体膜の中心部よりもベベル構造のある端部付近において、横方向成長でより転位の少ない半導体結晶が得られることから、半導体特性の向上につながる。なお、後述するが、基体１１を準備する際に、基板１上に凸凹を設けてバッファ層などの結晶層を形成することで、横方向成長した結晶を含む基体を用いて半導体膜を形成することもできる。半導体膜の形成に２回以上の横方向成長を含む結晶形成の工程を組み込むことで、半導体膜の中心部においても、ベベル構造のある端部付近と同等に転位の少ない半導体膜を形成することができ、より絶縁破壊強度の高い半導体装置を得ることができる。
また、本発明の別の実施態様として、前記半導体膜１４は、図１１で示すように、半導体膜１４の第１面１４ａとマスク１２の第１面１２ａが同じ高さ位置になるように形成することもできる。前記半導体膜１４が第１面１４ａと、前記第１面１４ａの反対側の第２面１４ｂと、前記第１面１４ａと第２面１４ｂとの間に位置する端部とを有し、前記マスク１２が第１面１２ａと、前記第１面１２ａの反対側の第２面１２ｂと、前記第１面１２ａと第２面１２ｂとの間に位置する前記傾斜面１２ｃを含む側面と、を有している。本実施態様において、前記半導体膜１４の前記傾斜面１４ａと逆向きの前記マスク１２の傾斜面１２ｃが係合しており、前記半導体膜１４の第１面１４ａと前記絶縁体のマスク１２の第１面１２ａとが面一になっている。前記半導体膜１４をエピタキシャル成長させた後に、例えばＣＭＰ（化学的機械研磨）等により、前記半導体膜１４の第１面１４ａおよび／または前記マスク１４の前記第１面１４ａを研磨して面一にしてもよい。
本実施態態様においては、前記半導体膜１４ａと前記マスク１２の傾斜面が密着している。この場合、図１１で示すように、前記半導体膜１４の第１面１４ａの少なくとも一部と前記マスク１２の第１面１２ａの少なくとも一部を覆って電極１５を形成するが、前記半導体膜１４の第１面１４ａと前記マスク１２の第１面１２ａからなる平坦面上に電極１５を形成することができ、電極の形成が容易になるだけでなく、半導体膜の端部にベベル構造を有しながら、半導体装置の平坦化、薄型化が可能となる。なお、電極の端部１５ｃを、半導体膜よりも電気絶縁性の高いマスク１２上に位置するように形成することで、電極端部の電界集中を避けることができる。
本実施態態様においては、前記半導体膜１４ａと前記マスク１２の傾斜面が密着している。この場合、図１１で示すように、前記半導体膜１４の第１面１４ａの少なくとも一部と前記マスク１２の第１面１２ａの少なくとも一部を覆って電極１５を形成するが、前記半導体膜１４の第１面１４ａと前記マスク１２の第１面１２ａからなる平坦面上に電極１５を形成することができ、電極の形成が容易になるだけでなく、半導体膜の端部にベベル構造を有しながら、半導体装置の平坦化、薄型化が可能となる。なお、電極の端部１５ｃを、半導体膜よりも電気絶縁性の高いマスク１２上に位置するように形成することで、電極端部の電界集中を避けることができる。
さらに、図１２で示すように、半導体膜１４の第１面１４ａをマスク１２の第１面１２ａよりも高い位置になるように形成することもできる。前記半導体膜１４が第１面１４ａと、前記第１面１４ａの反対側の第２面１４ｂと、前記第１面１４ａと前記第２面１４ｂとの間に位置する端部に傾斜面１４ｃとを有し、前記マスク１２が第１面１２ａと、前記第１面１２ａの反対側で、前記基体１１の第１面１１ａと接触する第２面１２ｂと、前記第１面１２ａと前記第２面１２ｂとの間に位置する前記傾斜面１２ｃを含む側面と、を有しており、さらに、前記半導体膜１４の前記第１面１４ａが前記マスク１２の前記第１面１２ａよりも低い位置になるように形成されている。本実施態様において、前記半導体膜１４の環状の前記傾斜面１４ａと逆向きの前記マスク１２の環状の傾斜面１２ｃが係合している。本実施態態様においては、前記半導体膜１４ａと前記マスク１２の傾斜面が密着している。さらに、図１２で示すように、前記半導体膜１４の第１面１４ａの少なくとも一部と前記マスク１２の第１面１２ａの少なくとも一部を覆って電極１５を形成するが、前記電極１５の端部１５ｃを、前記半導体膜１４よりも電気絶縁性の高いマスク１２上に位置するように形成することで、電極端部の電界集中を避けることができる。本実施態様においては、図１２で示すように、前記電極１５は、半導体膜１４の第１面１４ａから端部の傾斜面１４ｃを越えて形成されており、前記電極１５の端部１５ｃは、マスク１２の第１面１２ａ上に位置している。
さらに、図１３で示すように、半導体膜１４の第１面１４ａをマスク１２の第１面１２ａよりも低い位置になるように形成することもできる。前記半導体膜１４が第１面１４ａと、前記第１面１４ａの反対側の第２面１４ｂと、前記第１面１４ａと前記第２面１４ｂとの間に位置する端部に傾斜面１４ｃとを有し、前記マスク１２が第１面１２ａと、前記第１面１２ａの反対側で、前記基体１１の第１面１１ａと接触する第２面１２ｂと、前記第１面１２ａと前記第２面１２ｂとの間に位置する前記傾斜面１２ｃを含む側面と、を有しており、さらに、前記半導体膜１４の前記第１面１４ａを、前記マスク１２の前記第１面１２ａよりも高い位置になるように形成されている。本実施態様において、前記半導体膜１４の環状の前記傾斜面１４ａと逆向きの前記マスク１２の環状の傾斜面１２ｃが係合しており、前記半導体膜１４ａの前記傾斜面１４ａと前記マスク１２の傾斜面１２ｃが、前記マスク１２上に配置された保護膜１３を介して密着している。さらに、図１３で示すように、前記半導体膜１４の第１面１４ａの少なくとも一部と前記マスク１２の第１面１２ａの少なくとも一部を覆って電極１５を形成するが、前記電極１５の端部１５ｃを、前記半導体膜１４よりも電気絶縁性の高いマスク１２上に位置するように形成することで、電極端部の電界集中を避けることができる。
図１７の半導体装置２００において、半導体膜（ｎ－型半導体層）６４として、Ｇａ２Ｏ３を用いて、第２の半導体層（ｎ＋型半導体層）６７として、Ｇａ２Ｏ３を用いて、高抵抗層（絶縁体層）６２として、ＳｉＯ２を用いて、傾斜角６４ｅを２９°とした場合の１００Ｖにおける電界分布のシミュレーション結果の線図を図２１に示す。なお、比較例として、ベベル構造なし半導体装置で、第１の電極の終端が半導体膜上に位置する半導体装置（ａ）と、本発明の実施態様で得られるベベル構造ありの半導体装置で、第１の電極６５の終端が絶縁体６２上に位置する半導体装置（ｂ）～（ｄ）の電界分布のシミュレーション結果の線図を図２１に示す。半導体装置（ｂ）は、本発明の実施態様の一つとして図１１で示すような製造工程で作製されたベベル構造ありの半導体装置で、半導体膜６４の端部にベベル構造を有している。半導体装置（ｂ）の半導体膜８４の第１面および絶縁体６２の第１面は面一となっており、面一な半導体膜６４の第１面と絶縁体６２の第１面上に配置された第１の電極６５の終端が絶縁体６２上に位置している。また、第１の電極６５の反対側に、第２の電極（図示しない）が配置されている。半導体装置（ｃ）は、半導体膜の端部にベベル構造を有しており、半導体装置（ｃ）の半導体膜６４の第１面は、絶縁体６２の第１面よりも高い位置にあり、第１の電極６５が、半導体膜６４の第１面から端部の傾斜面を越えて形成されており、第１の電極６５の端部は、絶縁体６２の第１面上に位置している。半導体装置（ｄ）は、本発明の実施態様の一つとして図１３に示すような製造工程で作製されたベベル構造ありの半導体装置で、半導体膜の端部にベベル構造を有している。半導体装置（ｄ）の半導体膜６４の第１面は、絶縁体６２の第１面よりも低い位置にあり、第１の電極６５が、半導体膜６４の第１面から端部の傾斜面を越えて形成されており、第１の電極６５の端部は、絶縁体６２の第１面上に位置している。ベベル構造なしの半導体装置（ａ）では、半導体膜６４上に位置する電極６５の端部で、電界が集中しているが、ベベル構造ありの半導体装置（ｂ）～（ｄ）では、電界の集中はみられなかった。図２２は、図２１で示される、ベベル構造なしの半導体装置（ａ）とベベル構造ありの半導体装置（ｂ）～（ｄ）の、１００Ｖでの第１の電極下１０ｎｍにおける電界分布のシミュレーション結果を示し、本発明の実施態様で得られる半導体装置が半導体の表面近傍、すなわち、整流接合界面近傍で絶縁破壊が生じにくい構造となることが分かった。また、図１８で示されるような半導体装置においても、半導体のｐｎ接合の端部表面をベベル構造とすることで、同様に半導体のｐｎ接合の端部付近、すなわち、整流接合界面近傍で絶縁破壊が生じにくい構造が得られることが分かった。
本発明の実施態様においては、前記基体の少なくとも一部として、基板上に応力緩和層等を含むバッファ層を設けてもよく、バッファ層を設ける場合には、バッファ層上でも前記凹凸部を形成してもよい。また、本発明の実施態様においては、前記基板が、表面の一部または全部に、バッファ層を有しているのが好ましい。前記バッファ層の形成手段は、特に限定されず、公知の手段であってよい。前記形成手段としては、例えば、スプレー法、ミストＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法、スパッタリング法等が挙げられる。本発明においては、前記バッファ層が、ミストＣＶＤ法により形成されているのが、前記バッファ層上に形成される前記結晶膜の膜質をより優れたものとでき、特に、チルト等の結晶欠陥を抑制できるため、好ましい。以下、前記バッファ層をミストＣＶＤ法により形成する好適な態様を、より詳細に説明する。
前記バッファ層は、好適には、例えば、原料溶液を霧化して霧化液滴を得ること（霧化工程）、得られた霧化液滴をキャリアガスを用いて前記基板まで搬送すること（搬送工程）、前記基板および／または基体の表面の一部または全部で、前記ミストまたは前記液滴を熱反応させる（バッファ層形成工程）ことにより形成することができる。
（霧化工程）
霧化工程は、前記原料溶液を霧化して霧化液滴を得る。前記原料溶液の霧化方法は、前記原料溶液を霧化できさえすれば特に限定されず、公知の手段であってよいが、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０．１～１０μｍである。
霧化工程は、前記原料溶液を霧化して霧化液滴を得る。前記原料溶液の霧化方法は、前記原料溶液を霧化できさえすれば特に限定されず、公知の手段であってよいが、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０．１～１０μｍである。
（原料溶液）
前記原料溶液は、ミストＣＶＤにより、前記バッファ層、結晶層、および／または半導体層が得られる溶液であれば特に限定されない。前記原料溶液としては、例えば、霧化用金属の有機金属錯体（例えばアセチルアセトナート錯体等）やハロゲン化物（例えばフッ化物、塩化物、臭化物またはヨウ化物等）の水溶液などが挙げられる。前記霧化用金属は、特に限定されず、このような霧化用金属としては、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等から選ばれる１種または２種以上の金属等が挙げられる。本発明においては、前記霧化用金属が、ガリウム、インジウムまたはアルミニウムを少なくとも含むのが好ましく、ガリウムを少なくとも含むのがより好ましい。原料溶液中の霧化用金属の含有量は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、好ましくは、０．００１モル％～５０モル％であり、より好ましくは０．０１モル％～５０モル％である。
前記原料溶液は、ミストＣＶＤにより、前記バッファ層、結晶層、および／または半導体層が得られる溶液であれば特に限定されない。前記原料溶液としては、例えば、霧化用金属の有機金属錯体（例えばアセチルアセトナート錯体等）やハロゲン化物（例えばフッ化物、塩化物、臭化物またはヨウ化物等）の水溶液などが挙げられる。前記霧化用金属は、特に限定されず、このような霧化用金属としては、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等から選ばれる１種または２種以上の金属等が挙げられる。本発明においては、前記霧化用金属が、ガリウム、インジウムまたはアルミニウムを少なくとも含むのが好ましく、ガリウムを少なくとも含むのがより好ましい。原料溶液中の霧化用金属の含有量は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、好ましくは、０．００１モル％～５０モル％であり、より好ましくは０．０１モル％～５０モル％である。
また、原料溶液には、ドーパントが含まれているのも好ましい。原料溶液にドーパントを含ませることにより、イオン注入等を行わずに、結晶構造を壊すことなく、バッファ層、結晶層、および／または半導体層の導電性を容易に制御することができる。本発明においては、前記ドーパントがスズ、ゲルマニウム、またはケイ素であるのが好ましく、スズ、またはゲルマニウムであるのがより好ましく、スズであるのが最も好ましい。前記ドーパントの濃度は、通常、約１×１０１６／ｃｍ３～１×１０２２／ｃｍ３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／ｃｍ３以下の低濃度にしてもよいし、ドーパントを約１×１０２０／ｃｍ３以上の高濃度で含有させてもよい。本発明においては、ドーパントの濃度が１×１０２０／ｃｍ３以下であるのが好ましく、５×１０１９／ｃｍ３以下であるのがより好ましい。
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く、水であるのが最も好ましい。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。
（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。
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。
（バッファ層、結晶層および／または半導体層の形成工程）
バッファ層、結晶層および／または半導体層（以下、結晶層ともいう）の形成工程では、成膜室内で前記ミストまたは液滴を熱反応させることによって、基板上に、前記結晶層を形成する。熱反応は、熱でもって前記ミストまたは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、４００℃～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、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、大気圧下で行われるのが好ましい。なお、結晶層の厚みは、形成時間を調整することにより、設定することができる。
バッファ層、結晶層および／または半導体層（以下、結晶層ともいう）の形成工程では、成膜室内で前記ミストまたは液滴を熱反応させることによって、基板上に、前記結晶層を形成する。熱反応は、熱でもって前記ミストまたは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、４００℃～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、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、大気圧下で行われるのが好ましい。なお、結晶層の厚みは、形成時間を調整することにより、設定することができる。
上記のようにして、前記基板上の表面の一部または全部に、結晶層をバッファ層として形成して基体とし、前記基体の該結晶層上に上記したマスクを配置し、半導体膜をエピタキシャル成長させることができる。前記基体を準備する際に、基板上に凹凸部を設けて結晶層を形成することから、横方向成長を含む結晶層を得ることができ、前記結晶膜を成膜することにより、前記バッファ層としての結晶層におけるチルト等の欠陥をより低減することができ、膜質をより優れたものとすることができる。また、上記のように、前記結晶層を半導体装置の半導体層として用いることも可能であり、前記半導体層上にベベル構造を有する半導体膜を形成することで、前記半導体膜の膜質をさらに優れたものとすることができる。
また、前記結晶層は、特に限定されないが、本発明の実施態様の一つにおいては、金属酸化物を主成分として含んでいるのが好ましい。前記金属酸化物としては、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等から選ばれる１種または２種以上の金属を含む金属酸化物などが挙げられる。本発明においては、前記金属酸化物が、インジウム、アルミニウムおよびガリウムから選ばれる１種または２種以上の元素を含有するのが好ましく、少なくともインジウムまたは／およびガリウムを含んでいるのがより好ましく、少なくともガリウムを含んでいるのが最も好ましい。本発明の成膜方法の実施形態の一つとして、バッファ層が金属酸化物を主成分として含み、バッファ層が含む金属酸化物がガリウムと、ガリウムよりも少ない量のアルミニウムを含んでいてもよい。また、本発明の成膜方法の実施形態の一つとして、バッファ層が超格子構造を含んでいてもよい。なお、本発明において、「主成分」とは、前記金属酸化物が、原子比で、前記バッファ層の全成分に対し、好ましくは５０％以上、より好ましくは７０％以上、更に好ましくは９０％以上含まれることを意味し、１００％であってもよいことを意味する。前記結晶性酸化物半導体の結晶構造は、特に限定されないが、本発明の実施態様の一つとして、コランダム構造またはβガリア構造であるのが好ましく、コランダム構造であるのがより好ましい。また、前記結晶膜と前記バッファ層とは、本発明の目的を阻害しない限り、それぞれ互いに主成分が同一であってもよいし、異なっていてもよいが、本発明の実施態様においては、同一であるのが好ましい。
本発明においては、前記バッファ層が設けられていてもよい前記基板上に金属含有原料ガス、酸素含有原料ガス、反応性ガスおよび所望によりドーパント含有ガスを供給し、反応性ガスの流通下で成膜する。本発明においては、前記成膜が、加熱されている基板上で行われるのが好ましい。前記成膜温度は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されないが、９００℃以下が好ましく、７００℃以下がより好ましく、４００℃～７００℃であるのが最も好ましい。また、前記成膜は、本発明の目的を阻害しない限り、真空下、非真空下、還元ガス雰囲気下、不活性ガス雰囲気下および酸化ガス雰囲気下のいずれの雰囲気下で行われてもよく、また、常圧下、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、常圧下また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。
なお、本発明の実施態様における半導体膜は、スプレー法、ミストＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法およびスパッタリング法から選択される少なくとも1つの方法により形成される。半導体としては、例えば、炭化珪素（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）や、窒化ガリウム（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、窒化インジウム（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｉｎｄｉｕｍ）、窒化アルミニウム（Ｇａｌｌｉｕｍ Ａｌｍｉｎｉｕｍ）およびそれらの混晶を含めた窒化ガリウム窒化物半導体を主成分として含んでいてもよいし、結晶性金属酸化物を主成分として含んでいてもよい。前記結晶性金属酸化物としては、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等から選ばれる１種または２種以上の金属を含む金属酸化物などが挙げられる。本発明においては、前記結晶性金属酸化物が、インジウム、アルミニウムおよびガリウムから選ばれる１種または２種以上の元素を含有するのが好ましく、少なくともインジウムまたは／およびガリウムを含んでいるのがより好ましく、ガリウムまたはその混晶であるのが最も好ましい。なお、本発明の実施態様の一つとして、半導体膜が主成分として結晶性金属酸化物を含む場合、「主成分」とは、前記結晶性金属酸化物が、原子比で、前記結晶膜の全成分に対し、好ましくは５０％以上、より好ましくは７０％以上、更に好ましくは９０％以上含まれることを意味し、１００％であってもよいことを意味する。前記結晶性金属酸化物の結晶構造は、特に限定されないが、本発明の実施態様の一つとして、コランダム構造またはβガリア構造であるのが好ましく、コランダム構造であるのがより好ましく、前記半導体膜が、コランダム構造を有する結晶成長膜であるのが最も好ましい。本発明の実施態様の一つとして、得ようとする半導体膜が前記結晶性金属酸化物を主成分として含む場合、前記基体の少なくとも一部として、コランダム構造を含む基板を用いて、前記バッファ層、結晶層、および／または半導体層の成膜を行うことにより、コランダム構造を有する結晶成長膜を得ることができる。前記結晶性金属酸化物は、単結晶であってもよいし、多結晶であってもよいが、本発明の実施態様においては、単結晶であるのが好ましい。また、前記半導体膜の膜厚は、特に限定されないが、３μｍ以上であるのが好ましく、１０μｍ以上であるのがより好ましく、２０μｍ以上であるのが最も好ましい。
本発明の製造方法によって得られた半導体膜は、特に、半導体装置に好適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。前記結晶膜を用いて形成される半導体装置としては、ＭＩＳやＨＥＭＴ等のトランジスタやＴＦＴ、半導体‐金属接合を利用したショットキーバリアダイオード、他のＰ層と組み合わせたＰＮ又はＰＩＮダイオード、受発光素子が挙げられる。本発明の実施態様においては、前記マスクが形成された基体上に半導体膜をエピタキシャル成長させることで、そのまま半導体装置等に用いることができるという利点がある。また、前記基体等から剥離する等の公知の手段を用いた後に、半導体装置等に適用してもよい。
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２３に電源システムの例を示す。図２３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２４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２５に示す。図２５は、パワー回路と制御回路からなる電源装置の電源回路を示しており、インバータ１９（ＭＯＳＦＥＴＡ～Ｄで構成）によりＤＣ電圧を高周波でスイッチングしＡＣへ変換後、トランス１９３で絶縁及び変圧を実施し、整流ＭＯＳＦＥＴで整流後、ＤＣＬ１９５（平滑用コイルＬ１，Ｌ２）とコンデンサにて平滑し、直流電圧を出力する。この時に電圧比較器１９７で出力電圧を基準電圧と比較し、所望の出力電圧となるようＰＷＭ制御回路１９６でインバータ１９２及び整流ＭＯＳＦＥＴ１９４を制御する。
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
１．基体の準備（バッファ層の形成）
１－１．ミストＣＶＤ装置
図９を用いて、本実施例で用いたミストＣＶＤ装置１９を説明する。ミストＣＶＤ装置１９は、キャリアガスを供給するキャリアガス供給源２２ａと、キャリアガス供給源２２ａから送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁２３ａと、キャリアガス（希釈）を供給するキャリアガス（希釈）源２２ｂと、キャリアガス（希釈）源２２ｂから送り出されるキャリアガス（希釈）の流量を調節するための流量調節弁２３ｂと、原料溶液２４ａが収容されるミスト発生源２４と、水２５ａが入れられる容器２５と、容器２５の底面に取り付けられた超音波振動子２６と、成膜室３０と、ミスト発生源２４から成膜室３０までをつなぐ石英製の供給管２７と、成膜室３０内に設置されたホットプレート２８と、排気口２９とを備えている。ホットプレート２８上には、成膜する対象物（被成膜対象物）２０が設置される。
１．基体の準備（バッファ層の形成）
１－１．ミストＣＶＤ装置
図９を用いて、本実施例で用いたミストＣＶＤ装置１９を説明する。ミストＣＶＤ装置１９は、キャリアガスを供給するキャリアガス供給源２２ａと、キャリアガス供給源２２ａから送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁２３ａと、キャリアガス（希釈）を供給するキャリアガス（希釈）源２２ｂと、キャリアガス（希釈）源２２ｂから送り出されるキャリアガス（希釈）の流量を調節するための流量調節弁２３ｂと、原料溶液２４ａが収容されるミスト発生源２４と、水２５ａが入れられる容器２５と、容器２５の底面に取り付けられた超音波振動子２６と、成膜室３０と、ミスト発生源２４から成膜室３０までをつなぐ石英製の供給管２７と、成膜室３０内に設置されたホットプレート２８と、排気口２９とを備えている。ホットプレート２８上には、成膜する対象物（被成膜対象物）２０が設置される。
１－２．原料溶液の作製（バッファ層の形成）
ガリウムアセチルアセトナートを超純水に混合し、ガリウムアセチルアセトナート０．０５モル／Ｌとなるように水溶液を調整し、この際、臭化水素酸を体積比で５％含有させ、これを原料溶液とした。
ガリウムアセチルアセトナートを超純水に混合し、ガリウムアセチルアセトナート０．０５モル／Ｌとなるように水溶液を調整し、この際、臭化水素酸を体積比で５％含有させ、これを原料溶液とした。
１－３．成膜準備（バッファ層の形成）
上記１－２．で得られた原料溶液２４ａをミスト発生源２４内に収容した。次に、被成膜対象物２０としてサファイア基板をホットプレート２８上に設置させ、ホットプレート２８を作動させて被成膜対象物の温度を５５０℃にまで昇温させた。次に、流量調節弁２３ａおよび２３ｂを開いてキャリアガス源２２ａおよびキャリアガス（希釈）源２２ｂからキャリアガスを成膜室３０内に供給し、成膜室３０の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量を０．８Ｌ／ｍｉｎ、キャリアガス（希釈）の流量を０．２Ｌ／ｍｉｎにそれぞれ調節した。なお、キャリアガスとして酸素を用いた。
上記１－２．で得られた原料溶液２４ａをミスト発生源２４内に収容した。次に、被成膜対象物２０としてサファイア基板をホットプレート２８上に設置させ、ホットプレート２８を作動させて被成膜対象物の温度を５５０℃にまで昇温させた。次に、流量調節弁２３ａおよび２３ｂを開いてキャリアガス源２２ａおよびキャリアガス（希釈）源２２ｂからキャリアガスを成膜室３０内に供給し、成膜室３０の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量を０．８Ｌ／ｍｉｎ、キャリアガス（希釈）の流量を０．２Ｌ／ｍｉｎにそれぞれ調節した。なお、キャリアガスとして酸素を用いた。
１－４．成膜（バッファ層の形成）
次に、超音波振動子２６を２．４ＭＨｚで振動させ、その振動を、水２５ａを通じて原料溶液２４ａに伝播させることによって、原料溶液２４ａを微粒子化させて原料微粒子を生成した。この原料微粒子が、キャリアガスによって成膜室３０内に導入され、５５０℃にて、成膜室３０内で反応して、基板２０上にバッファ層（コランダム構造を有するＧａ２Ｏ３バッファ層）を形成して基体とした。なお、成膜時間は１０分で膜厚は０．１μｍであった。
次に、超音波振動子２６を２．４ＭＨｚで振動させ、その振動を、水２５ａを通じて原料溶液２４ａに伝播させることによって、原料溶液２４ａを微粒子化させて原料微粒子を生成した。この原料微粒子が、キャリアガスによって成膜室３０内に導入され、５５０℃にて、成膜室３０内で反応して、基板２０上にバッファ層（コランダム構造を有するＧａ２Ｏ３バッファ層）を形成して基体とした。なお、成膜時間は１０分で膜厚は０．１μｍであった。
２．マスクの形成
２－１．マスク層の形成
上記１－４．で得られたバッファ層上に、プラズマ強化ＣＶＤ法により、液体オルトケイ酸テトラエチルを用いて酸化ケイ素（ＳｉＯ２）のマスク層を形成した。マスク層の膜厚は１．３μｍであった。
２－２．フォトレジスト層の形成
上記２－１．で得られたマスク層の少なくとも一部に、フォトリソグラフィーにより、フォトレジスト層を形成した。
２－３．傾斜面を有するマスクの形成
上記２－２．で得られたフォトレジスト層を有するＳｉＯ２マスク層に、室温でバッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いて開口部を形成した。等方性ウェットエッチングのアンダーカットにより、端部に傾斜面を有するマスク層の開口部が形成された。基体と接するマスク層の面と傾斜面とのなす角（傾斜角）を２９°に形成して、傾斜面を有するマスクが配置された基体を得た。
２－１．マスク層の形成
上記１－４．で得られたバッファ層上に、プラズマ強化ＣＶＤ法により、液体オルトケイ酸テトラエチルを用いて酸化ケイ素（ＳｉＯ２）のマスク層を形成した。マスク層の膜厚は１．３μｍであった。
２－２．フォトレジスト層の形成
上記２－１．で得られたマスク層の少なくとも一部に、フォトリソグラフィーにより、フォトレジスト層を形成した。
２－３．傾斜面を有するマスクの形成
上記２－２．で得られたフォトレジスト層を有するＳｉＯ２マスク層に、室温でバッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いて開口部を形成した。等方性ウェットエッチングのアンダーカットにより、端部に傾斜面を有するマスク層の開口部が形成された。基体と接するマスク層の面と傾斜面とのなす角（傾斜角）を２９°に形成して、傾斜面を有するマスクが配置された基体を得た。
３．半導体膜の形成
３－１．成膜装置
本発明の実施態様における成膜装置として、エピタキシャル成長させることが可能な装置を用いることができるが、そのような装置の一例として、図９で示されるミストＣＶＤ装置を用いた。
３－１．成膜装置
本発明の実施態様における成膜装置として、エピタキシャル成長させることが可能な装置を用いることができるが、そのような装置の一例として、図９で示されるミストＣＶＤ装置を用いた。
３－２．原料溶液の作製（半導体膜の形成）
臭化ガリウムを超純水に混合し、ガリウム０．０５ｍｏｌ／Ｌとなるように水溶液を調整し、この際、さらに臭化水素酸を体積比で２０％となるように含有させ、これを原料溶液とした。
臭化ガリウムを超純水に混合し、ガリウム０．０５ｍｏｌ／Ｌとなるように水溶液を調整し、この際、さらに臭化水素酸を体積比で２０％となるように含有させ、これを原料溶液とした。
３－３．成膜準備（半導体膜の形成）
上記３－２．で得られた原料溶液２４ａをミスト発生源２４内に収容した。次に、２－３．で得た傾斜面を有するマスクが配置された基体を被成膜対象物２０として、ホットプレート２８上に設置して、基体の温度を６３０℃にまで昇温させた。次に、流量調節弁２３ａおよび２３ｂを開いてキャリアガス源２２ａおよびキャリアガス（希釈）源２２ｂからキャリアガスを成膜室３０内に供給し、成膜室３０の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量を０．８Ｌ／ｍｉｎ、キャリアガス（希釈）の流量を０．２Ｌ／ｍｉｎにそれぞれ調節した。なお、キャリアガスとして窒素を用いた。
上記３－２．で得られた原料溶液２４ａをミスト発生源２４内に収容した。次に、２－３．で得た傾斜面を有するマスクが配置された基体を被成膜対象物２０として、ホットプレート２８上に設置して、基体の温度を６３０℃にまで昇温させた。次に、流量調節弁２３ａおよび２３ｂを開いてキャリアガス源２２ａおよびキャリアガス（希釈）源２２ｂからキャリアガスを成膜室３０内に供給し、成膜室３０の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量を０．８Ｌ／ｍｉｎ、キャリアガス（希釈）の流量を０．２Ｌ／ｍｉｎにそれぞれ調節した。なお、キャリアガスとして窒素を用いた。
３－４．成膜（半導体膜の形成）
次に、超音波振動子２６を２．４ＭＨｚで振動させ、その振動を、水２５ａを通じて原料溶液２４ａに伝播させることによって、原料溶液２４ａを微粒子化させて原料微粒子を生成した。この原料微粒子が、キャリアガスによって成膜室３０内に導入され、６３０℃にて、成膜室３０内で反応して、前記２－３で得られた、傾斜面を有するマスクが配置された基体２０上に半導体膜を形成した。なお、成膜時間は３．５時間であった。
次に、超音波振動子２６を２．４ＭＨｚで振動させ、その振動を、水２５ａを通じて原料溶液２４ａに伝播させることによって、原料溶液２４ａを微粒子化させて原料微粒子を生成した。この原料微粒子が、キャリアガスによって成膜室３０内に導入され、６３０℃にて、成膜室３０内で反応して、前記２－３で得られた、傾斜面を有するマスクが配置された基体２０上に半導体膜を形成した。なお、成膜時間は３．５時間であった。
３－５．評価
上記３－４．にて得られた半導体膜は、クラックや異常成長もなく、きれいな膜であった。得られた膜につき、薄膜用ＸＲＤ回折装置を用いて、１５度から９５度の角度で２θ／ωスキャンを行うことによって、膜の同定を行った。測定は、ＣｕＫα線を用いて行った。その結果、得られた膜は、α―Ｇａ２Ｏ３であった。また、図１０に示すとおり、α―Ｇａ２Ｏ３の半導体膜の端部に傾斜面が形成されている。なお、ＳｉＯ２および半導体膜上のＰｔ皮膜は、観察を容易にする目的で設けたものである。このＳｉＯ２および半導体膜上に、Ｐ型半導体層またはショットキー電極を形成することで、本発明の実施態様における整流接合を有する半導体装置を得ることができる。また、半導体膜の端部付近となる領域が横方向に成長した結晶を含んでおり、正ベベル構造を形成した端部付近において転位のより少ない半導体膜が得られることが分かった。
上記３－４．にて得られた半導体膜は、クラックや異常成長もなく、きれいな膜であった。得られた膜につき、薄膜用ＸＲＤ回折装置を用いて、１５度から９５度の角度で２θ／ωスキャンを行うことによって、膜の同定を行った。測定は、ＣｕＫα線を用いて行った。その結果、得られた膜は、α―Ｇａ２Ｏ３であった。また、図１０に示すとおり、α―Ｇａ２Ｏ３の半導体膜の端部に傾斜面が形成されている。なお、ＳｉＯ２および半導体膜上のＰｔ皮膜は、観察を容易にする目的で設けたものである。このＳｉＯ２および半導体膜上に、Ｐ型半導体層またはショットキー電極を形成することで、本発明の実施態様における整流接合を有する半導体装置を得ることができる。また、半導体膜の端部付近となる領域が横方向に成長した結晶を含んでおり、正ベベル構造を形成した端部付近において転位のより少ない半導体膜が得られることが分かった。
本発明の製造方法は、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、特に、整流接合（ｐｎ接合またはショットキー接合）を有する半導体装置、電源などに用いられるパワー半導体を含む半導体装置の製造等に有用である。
ａ 周期
１ 基板
１ａ 基板の表面
２ａ 凸部
２ｂ 凹部
９ ｐ型半導体膜
９ａ ｐ型半導体膜の第１面
９ｂ ｐ型半導体膜の第２面
１１ 基体
１１ａ 基体の第１面
１１ｂ 基体の第２面
１２ マスク
１２ａ マスクの第１面
１２ｂ マスクの第２面
１２ｃ マスクの傾斜面
１２ｄ マスクの開口部
１２ｅ マスクの傾斜角
１２’ 第２のマスク
１３ 保護膜
１４ 半導体膜
１４ａ 半導体膜の第１面
１４ｂ 半導体膜の第２面
１４ｃ 半導体膜の傾斜面
１５ 電極
１５ｃ 電極１５の端部
１６ 基板
１７ 結晶層
１８ 結晶層
１９ ミストＣＶＤ装置
２０ 被成膜対象物
２１ 試料台
２２ａ キャリアガス源
２２ｂ キャリアガス（希釈）源
２３ａ 流量調節弁
２３ｂ 流量調節弁
２４ ミスト発生源
２４ａ 原料溶液
２５ 容器
２５ａ 水
２６ 超音波振動子
２７ 供給管
２８ ホットプレート
３０ 成膜室
５０ ハライド気相成長（ＨＶＰＥ）装置
５１ 反応室
５２ａ ヒータ
５２ｂ ヒータ
５３ａ 金属含有原料ガス供給源
５３ｂ 金属含有原料ガス供給管
５４ａ 反応性ガス供給源
５４ｂ 反応性ガス供給管
５５ａ 酸素含有原料ガス供給源
５５ｂ 酸素含有原料ガス供給管
５６ 基板ホルダ
５７ 金属源
５８ 保護シート
５９ ガス排出部
６１ 結晶層
６２ 高抵抗層
６２ａ 高抵抗層６２の第１面
６２ｂ 高抵抗層６２の第２面
６２ｃ 高抵抗層６２の傾斜面
６３ 保護膜
６４ 半導体膜
６４ａ 半導体膜の第１面
６４ｂ 半導体膜の第２面
６４ｃ 半導体膜の傾斜面
６４ｅ 半導体膜の第１面６４ａと傾斜面６４ｃのなす傾斜角
６４ｆ 半導体膜の第１領域
６４ｇ 半導体膜の第２領域
６５ 第１の電極
６５ｃ 第１の電極の端部
６６ 第２の電極
６７ 第２の半導体層
６７ａ 第２の半導体層の第１面
６７ｂ 第２の半導体層の第２面
６７ｃ 第２の半導体層の傾斜面
６７ｅ 第２の半導体層６７の第１面６７ａと前記傾斜面６７ｃのなす傾斜角
６７ｆ 第２の半導体層の第１領域
６７ｇ 第２の半導体層の第２領域
９０ 整流接合界面
１００ 半導体装置
１００ 半導体装置
１７０ 電源システム
１７１ 電源装置
１７２ 電源装置
１７３ 制御回路
１８０ システム装置
１８１ 電子回路
１８２ 電源システム
１９２ インバータ
１９３ トランス
１９４ ＭＯＳＦＥＴ
１９５ ＤＣＬ
１９６ ＰＷＭ制御回路
１９７ 電圧比較器
２００ 半導体装置
３００ 半導体装置
４００ 半導体装置
１ 基板
１ａ 基板の表面
２ａ 凸部
２ｂ 凹部
９ ｐ型半導体膜
９ａ ｐ型半導体膜の第１面
９ｂ ｐ型半導体膜の第２面
１１ 基体
１１ａ 基体の第１面
１１ｂ 基体の第２面
１２ マスク
１２ａ マスクの第１面
１２ｂ マスクの第２面
１２ｃ マスクの傾斜面
１２ｄ マスクの開口部
１２ｅ マスクの傾斜角
１２’ 第２のマスク
１３ 保護膜
１４ 半導体膜
１４ａ 半導体膜の第１面
１４ｂ 半導体膜の第２面
１４ｃ 半導体膜の傾斜面
１５ 電極
１５ｃ 電極１５の端部
１６ 基板
１７ 結晶層
１８ 結晶層
１９ ミストＣＶＤ装置
２０ 被成膜対象物
２１ 試料台
２２ａ キャリアガス源
２２ｂ キャリアガス（希釈）源
２３ａ 流量調節弁
２３ｂ 流量調節弁
２４ ミスト発生源
２４ａ 原料溶液
２５ 容器
２５ａ 水
２６ 超音波振動子
２７ 供給管
２８ ホットプレート
３０ 成膜室
５０ ハライド気相成長（ＨＶＰＥ）装置
５１ 反応室
５２ａ ヒータ
５２ｂ ヒータ
５３ａ 金属含有原料ガス供給源
５３ｂ 金属含有原料ガス供給管
５４ａ 反応性ガス供給源
５４ｂ 反応性ガス供給管
５５ａ 酸素含有原料ガス供給源
５５ｂ 酸素含有原料ガス供給管
５６ 基板ホルダ
５７ 金属源
５８ 保護シート
５９ ガス排出部
６１ 結晶層
６２ 高抵抗層
６２ａ 高抵抗層６２の第１面
６２ｂ 高抵抗層６２の第２面
６２ｃ 高抵抗層６２の傾斜面
６３ 保護膜
６４ 半導体膜
６４ａ 半導体膜の第１面
６４ｂ 半導体膜の第２面
６４ｃ 半導体膜の傾斜面
６４ｅ 半導体膜の第１面６４ａと傾斜面６４ｃのなす傾斜角
６４ｆ 半導体膜の第１領域
６４ｇ 半導体膜の第２領域
６５ 第１の電極
６５ｃ 第１の電極の端部
６６ 第２の電極
６７ 第２の半導体層
６７ａ 第２の半導体層の第１面
６７ｂ 第２の半導体層の第２面
６７ｃ 第２の半導体層の傾斜面
６７ｅ 第２の半導体層６７の第１面６７ａと前記傾斜面６７ｃのなす傾斜角
６７ｆ 第２の半導体層の第１領域
６７ｇ 第２の半導体層の第２領域
９０ 整流接合界面
１００ 半導体装置
１００ 半導体装置
１７０ 電源システム
１７１ 電源装置
１７２ 電源装置
１７３ 制御回路
１８０ システム装置
１８１ 電子回路
１８２ 電源システム
１９２ インバータ
１９３ トランス
１９４ ＭＯＳＦＥＴ
１９５ ＤＣＬ
１９６ ＰＷＭ制御回路
１９７ 電圧比較器
２００ 半導体装置
３００ 半導体装置
４００ 半導体装置
Claims (15)
- 第１面と、前記第1面の反対側に位置する第２面と、前記第１面と前記第２面との間に位置する側面と、前記側面の少なくとも一部に設けられた傾斜面と、前記傾斜面に隣接する位置にある第１領域と、前記第１領域よりも前記傾斜面から平面視で離れた位置にある第２領域とを含む半導体膜で、前記第１領域の転位密度が前記第２領域の転位密度よりも低く、さらに、整流接合界面を有する半導体膜を備える、半導体装置。
- 前記整流接合界面において、第１の半導体層としての前記半導体膜と接合された第２の半導体層をさらに有し、前記第１の半導体層が第１の電気導電型を有し、前記第２の半導体層が前記第１の電気導電型と異なる第２の電気導電型を有する、請求項１記載の半導体装置。
- 前記第１の半導体層の不純物濃度が、前記第２の半導体層の不純物濃度よりも低い、請求項２記載の半導体装置。
- 前記整流接合界面において、前記半導体膜と接合されたショットキー電極をさらに有する、請求項１記載の半導体装置。
- 前記整流接合界面の端部が前記傾斜面に隣設している請求項１～４のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記第１領域が、横方向成長した結晶を含む請求項１～５のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記半導体膜が、ガリウムを少なくとも含む請求項１～６のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記半導体膜が、結晶性金属酸化物を主成分として含む請求項１～７のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記半導体膜が結晶性酸化ガリウムまたは酸化ガリウムの混晶を含む、請求項１～８のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記半導体膜がコランダム構造を有する、請求項１～９のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記半導体膜の前記第１面が、前記整流接合界面側に位置しており、前記半導体膜の前記傾斜面が、前記半導体膜の前記第１面から前記半導体膜の前記第２面に向かって膜厚が増加する傾斜面である請求項１～１０のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記半導体膜の前記傾斜面と前記整流接合界面とのなす角である傾斜角が２０°以上７０°以下である請求項１１記載の半導体装置。
- 第１面と、前記第1面の反対側に位置する第２面と、前記第１面と前記第２面との間に位置する側面と、前記側面の少なくとも一部に設けられた傾斜面と、前記傾斜面に隣接する位置にある第１領域と、前記第１領域よりも前記傾斜面から平面視で離れた位置にある第２領域とを含む半導体膜で、前記第１領域の転位密度が前記第２領域の転位密度よりも低い、半導体装置。
- さらに、前記半導体膜よりも電気抵抗率の高い高抵抗層を有しており、前記半導体膜の側面の少なくとも一部が直接または他の層を介して前記高抵抗層に接触している、請求項１～１３のいずれかに記載の半導体装置。
- 半導体装置を少なくとも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１～１４のいずれかに記載の半導体装置である半導体システム。
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020098785A JP7486121B2 (ja) | 2020-06-05 | 2020-06-05 | 半導体装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JP2021192413A JP2021192413A (ja) | 2021-12-16 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2020098785A Active JP7486121B2 (ja) | 2020-06-05 | 2020-06-05 | 半導体装置 |
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| WO2020004250A1 (ja) | 2018-06-26 | 2020-01-02 | 株式会社Flosfia | 結晶性酸化物膜 |
-
2020
- 2020-06-05 JP JP2020098785A patent/JP7486121B2/ja active Active
Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2020004250A1 (ja) | 2018-06-26 | 2020-01-02 | 株式会社Flosfia | 結晶性酸化物膜 |
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