JPWO2018004008A1 - 酸化物半導体膜及びその製造方法 - Google Patents

酸化物半導体膜及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2018004008A1
JPWO2018004008A1 JP2018525322A JP2018525322A JPWO2018004008A1 JP WO2018004008 A1 JPWO2018004008 A1 JP WO2018004008A1 JP 2018525322 A JP2018525322 A JP 2018525322A JP 2018525322 A JP2018525322 A JP 2018525322A JP WO2018004008 A1 JPWO2018004008 A1 JP WO2018004008A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
semiconductor layer
oxide semiconductor
group
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2018525322A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6994183B2 (ja
Inventor
谷川　幸登
幸登 谷川
俊実 人羅
俊実 人羅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Flosfia Inc
Original Assignee
Flosfia Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Flosfia Inc filed Critical Flosfia Inc
Publication of JPWO2018004008A1 publication Critical patent/JPWO2018004008A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6994183B2 publication Critical patent/JP6994183B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/24—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only semiconductor materials not provided for in groups H01L29/16, H01L29/18, H01L29/20, H01L29/22
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/7869—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising an oxide semiconductor material, e.g. zinc oxide, copper aluminium oxide, cadmium stannate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G55/00—Compounds of ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, or platinum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • C23C16/4481—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by evaporation using carrier gas in contact with the source material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02565—Oxide semiconducting materials not being Group 12/16 materials, e.g. ternary compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/0257—Doping during depositing
    • H01L21/02573—Conductivity type
    • H01L21/02579—P-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02623—Liquid deposition
    • H01L21/02628—Liquid deposition using solutions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7813—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with trench gate electrode, e.g. UMOS transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/80—Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier
    • H01L29/808—Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier with a PN junction gate, e.g. PN homojunction gate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/80—Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier
    • H01L29/812—Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier with a Schottky gate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes
    • H01L29/872—Schottky diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H10N10/855—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising compounds containing boron, carbon, oxygen or nitrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/0242—Crystalline insulating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

良好なｐ型半導体特性を有する新規かつ有用な酸化物半導体膜とその製造方法を提供する。周期律表の第９族金属（ロジウム、イリジウム、コバルト等）及び／又は第１３族金属（インジウム、アルミニウム、ガリウム等）とｐ型ドーパント（マグネシウム等）とを含む原料溶液を霧化してミストを生成し、ついで、キャリアガスを用いて、基体の表面近傍まで前記ミストを搬送した後、前記ミストを前記基体表面近傍にて酸素雰囲気下で熱反応させることにより、前記基体上に酸化物半導体膜を形成する。

Description

本発明は、ｐ型半導体として有用な酸化物半導体膜及びその製造方法並びに前記酸化物半導体膜を用いた半導体装置及びシステムに関する。
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（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。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ＩｎＸＡｌＹＧａＺＯ３（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。
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１には、β−Ｇａ２Ｏ３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２には、ＭＢＥ法により形成したα−（ＡｌｘＧａ１−ｘ）２Ｏ３単結晶膜にｐ型ドーパントをイオン注入して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、これらの方法では、ｐ型半導体の作製は実現困難であり（非特許文献２）、実際に、これらの方法でｐ型半導体の作製に成功したとの報告はなされていない。そのため、実現可能なｐ型酸化物半導体及びその製造方法が待ち望まれていた。
また、非特許文献３や非特許文献４に記載されているように、例えばＲｈ２Ｏ３やＺｎＲｈ２Ｏ４等をｐ型半導体に用いることも検討されているが、Ｒｈ２Ｏ３は、成膜時に特に原料濃度が薄くなってしまい、成膜に影響する問題があり、有機溶媒を用いても、Ｒｈ２Ｏ３単結晶が作製困難であった。また、電子密度が高すぎる等の問題もあった。ＺｎＲｈ２Ｏ４は移動度が低く、バンドギャップも狭いため、ＬＥＤやパワーデバイスに用いることができない問題があり、これらは必ずしも満足のいくものではなかった。
特開２００５−３４０３０８号公報 特開２０１３−５８６３７号公報
金子健太郎、「コランダム構造酸化ガリウム系混晶薄膜の成長と物性」、京都大学博士論文、平成２５年３月 竹本達哉、EE Times Japan‶パワー半導体 酸化ガリウム″熱伝導率、P型……課題を克服して実用化へ、［online］、2014年2月27日、アイティメディア株式会社、［平成28年6月21日検索］、インターネット〈URL：http://eetimes.jp/ee/articles/1402/27/news028_2.html〉 F.P.KOFFYBERG et al., "optical bandgaps and electron affinities of semiconducting Rh2O3(I) and Rh2O3(III)", J. Phys. Chem. Solids Vol.53, No.10, pp.1285-1288, 1992 細野秀雄、"酸化物半導体の機能開拓"、物性研究・電子版 Vol.3、No.1、031211（2013年11月・2014年2月合併号）
本発明は、良好なｐ型半導体特性を有する新規かつ有用な酸化物半導体膜とその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、周期律表の第９族金属及び／又は第１３族金属とｐ型ドーパントとを含む原料溶液を霧化してミストを生成し、ついで、キャリアガスを用いて、基体の表面近傍まで前記ミストを搬送した後、前記ミストを前記基体表面近傍にて酸素雰囲気下で熱反応させることにより、前記基体上に酸化物半導体膜を形成すると、金属酸化物を主成分とする酸化物半導体膜であって、前記金属酸化物が周期律表の第９族金属及び／又は第１３族金属を含み、膜中にｐ型ドーパントを含有し、ｐ型キャリア密度が１×１０１５／ｃｍ３以上であり、移動度が１ｃｍ２／Ｖｓ以上である酸化物半導体膜が得られることを見出し、このようにして得られた酸化物半導体膜が、バンドギャップの大きな酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）等を用いた半導体装置に有用であること等を知見し、上記した従来の課題を一挙に解決できるものであることを知見した。
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］ 金属酸化物を主成分とする酸化物半導体膜であって、前記金属酸化物が周期律表の第９族金属及び／又は第１３族金属を含み、膜中にｐ型ドーパントを含有し、ｐ型キャリア密度が１×１０１５／ｃｍ３以上であり、移動度が１ｃｍ２／Ｖｓ以上であることを特徴とする酸化物半導体膜。
［２］ 前記第９族金属がロジウム、イリジウム又はコバルトである［１］記載の酸化物半導体膜。
［３］ 前記第１３族金属が、インジウム、アルミニウム及びガリウムから選ばれる１種又は２種以上の金属である［１］又は［２］に記載の酸化物半導体膜。
［４］ 前記ｐ型ドーパントが、マグネシウムである［１］〜［３］のいずれかに記載の酸化物半導体膜。
［５］ 少なくとも半導体層と電極を備えた半導体装置であって、［１］〜［４］のいずれかに記載の酸化物半導体膜が前記半導体層に用いられていることを特徴とする半導体装置。
［６］ ｐ型半導体層を備えた熱電変換素子を含み、前記ｐ型半導体層に［１］〜［４］のいずれかに記載の酸化物半導体が用いられている［５］記載の半導体装置。
［７］ さらに、ｎ型半導体層を備えており、前記ｎ型半導体層は、周期律表の第１３族金属を含む酸化物半導体を主成分とする［５］又は［６］に記載の半導体装置。
［８］ ［５］〜［７］のいずれかに記載の半導体装置を含むシステム。
［９］ 周期律表の第９族金属及び／又は第１３族金属とｐ型ドーパントとを含む原料溶液を霧化してミストを生成し、ついで、キャリアガスを用いて、基体の表面近傍まで前記ミストを搬送した後、前記ミストを前記基体表面近傍にて酸素雰囲気下で熱反応させることにより、前記基体上に酸化物半導体膜を形成することを特徴とする酸化物半導体膜の製造方法。
［１０］ 前記第９族金属がロジウム、イリジウム又はコバルトである［９］記載の製造方法。
［１１］ 前記第１３族金属が、インジウム、アルミニウム及びガリウムから選ばれる１種又は２種以上の金属である［９］又は［１０］に記載の製造方法。
［１２］ 前記ｐ型ドーパントが、マグネシウムである［９］〜［１１］のいずれかに記載の製造方法。
本発明の酸化物半導体膜は、良好な導電性を有しており、ｐ型半導体としての半導体特性に優れている。また、本発明の製造方法は、このような酸化物半導体膜を工業的有利に製造することができるものである。
実施例において用いられる製膜装置（ミストＣＶＤ）の概略構成図である。 実施例におけるＸＲＤ測定結果を示す図である。 ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の好適な一例を模式的に示す図である。 高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。 金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。 接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。 発光素子（ＬＥＤ）の好適な一例を模式的に示す図である。 発光素子（ＬＥＤ）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。 実施例におけるＳＩＭＳ測定結果を示す図である。
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
本発明の酸化物半導体膜は、金属酸化物を主成分とする酸化物半導体膜であって、前記金属酸化物が周期律表の第９族金属及び／又は第１３族金属を含み、膜中にｐ型ドーパントを含有し、ｐ型キャリア密度が１×１０１５／ｃｍ３以上であり、移動度が１ｃｍ２／Ｖｓ以上であることを特長とする。「酸化物半導体膜」は、酸化物半導体からなる膜状のものであれば特に限定されず、結晶膜であってもよいし、非晶膜であってもよい。結晶膜である場合も、単結晶膜であってもよいし、多結晶膜であってもよい。本発明においては、前記酸化物半導体膜が混晶であるのが好ましい。「金属酸化物」は、金属元素と酸素とを含むものをいう。「主成分」とは、前記金属酸化物が、原子比で、ｐ型酸化物半導体の全成分に対し、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。「周期律表」は、国際純正応用化学連合（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｏｎ ｏｆ Ｐｕｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）（ＩＵＰＡＣ）にて定められた周期律表を意味する。「ｐ型キャリア密度」とは、ホール効果測定にて得られるｐ型半導体層中のキャリア密度をいう。本発明においては、前記ｐ型キャリア密度が、１×１０１７／ｃｍ３以上であるのが好ましく、１×１０１８／ｃｍ３以上であるのがより好ましい。また、前記移動度は、ホール効果測定にて得られる移動度をいい、本発明においては、前記移動度が３ｃｍ２／Ｖｓ以上であるのが好ましい。
前記ｐ型ドーパントとしては、例えば、Ｍｇ、Ｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｎ、Ｐ等及びこれらの２種以上の元素などが挙げられる。本発明においては、前記ｐ型ドーパントが、周期律表の第１族金属又は第２族金属であるのが好ましく、第２族金属であるのがより好ましく、マグネシウム（Ｍｇ）であるのが最も好ましい。
前記第９族金属としては、例えば、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、コバルト（Ｃｏ）等及びこれらの２種以上の金属などが挙げられるが、本発明においては、前記第９族金属がロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）又はコバルト（Ｃｏ）であるのが好ましく、ロジウム（Ｒｈ）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）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）及びこれらの２種以上の金属などが挙げられる。本発明においては、前記第１３族金属が、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）及びガリウム（Ｇａ）から選ばれる１種又は２種以上の金属であるのが好ましく、ガリウム又はアルミニウムを含む金属であるのがより好ましい。
前記酸化物半導体膜は、好適には、周期律表の第９族金属及び／又は第１３族金属とｐ型ドーパントとを含む原料溶液を霧化してミストを生成し（霧化工程）、ついで、キャリアガスを用いて、基体の表面近傍まで前記ミストを搬送した（搬送工程）後、前記ミストを前記基体表面近傍にて酸素雰囲気下で熱反応させることにより、前記基体上に酸化物半導体膜を形成すること（製膜工程）で得ることができる。
（霧化工程）
霧化工程は、前記原料溶液を霧化する。霧化手段は、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手段が好ましい。超音波を用いて得られたミストは、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。ミストの液滴のサイズは、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、周期律表の第９族金属及び／又は第１３族金属とｐ型ドーパントと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が、本発明においては、周期律表の第９族金属及び／又は第１３族金属とｐ型ドーパントと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。
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、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、塩酸、硝酸、硫酸等の無機酸、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸等の有機酸などが挙げられる。
（基体）
前記基体は、前記酸化物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。
前記基板は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、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。前記基板としては、例えば、コランダム構造を有する基板材料を主成分として含む下地基板などが挙げられる。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。
基板材料は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知のものであってよい。前記のコランダム構造を有する基板材料を主成分とする下地基板としては、サファイア基板（好ましくはｃ面サファイア基板）やα型酸化ガリウム基板などが好適な例として挙げられる。
（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。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。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。
（製膜工程）
製膜工程では、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製膜する。前記熱反応は、前記ミスト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、７５０℃以下で行うのが好ましく、４００℃〜７５０℃の温度で行うのがより好ましい。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、酸素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、酸素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、膜厚は、製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、膜厚を１μｍ以上とするのが好ましい。
本発明においては、前記基体上にそのまま製膜してもよいが、前記基体上に、前記酸化物半導体膜の組成とは異なる組成の半導体層（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製膜してもよい。半導体層や絶縁体層としては、例えば、前記第９族金属及び／又は第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―Ｆｅ２Ｏ３、α―Ｇａ２Ｏ３、α―Ａｌ２Ｏ３などが挙げられる。前記バッファ層の積層手段は特に限定されず、前記した積層手段と同様であってよい。
上記のようにして得られる酸化物半導体膜は、ｐ型半導体層として半導体装置に用いることができる。とりわけ、パワーデバイスに有用である。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）、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。
前記酸化物半導体膜をｐ型半導体層に用いた例を図３〜９に示す。なお、ｎ型半導体は、前記酸化物半導体膜と同じ主成分であって、ｐ型ドーパントの代わりにｎ型ドーパントを含むものであってもよいし、前記酸化物半導体膜とは主成分等が異なるｎ型半導体であってもよい。
図３は、ｎ−型半導体層１０１ａ、ｎ＋型半導体層１０１ｂ、ｐ型半導体層１０２、金属層１０３、絶縁体層１０４、ショットキー電極１０５ａおよびオーミック電極１０５ｂを備えているショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の好適な一例を示す。なお、金属層１０３は、例えばＡｌ等の金属からなり、ショットキー電極１０５ａを覆っている。図４は、バンドギャップの広いｎ型半導体層１２１ａ、バンドギャップの狭いｎ型半導体層１２１ｂ、ｎ＋型半導体層１２１ｃ、ｐ型半導体層１２３、ゲート電極１２５ａ、ソース電極１２５ｂ、ドレイン電極１２５ｃおよび基板１２９を備えている高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の好適な一例を示す。
図５は、ｎ−型半導体層１３１ａ、第１のｎ＋型半導体層１３１ｂ、第２のｎ＋型半導体層１３１ｃ、ｐ型半導体層１３２、ｐ＋型半導体層１３２ａ、ゲート絶縁膜１３４、ゲート電極１３５ａ、ソース電極１３５ｂおよびドレイン電極１３５ｃを備えている金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の好適な一例を示す。なお、ｐ＋型半導体層１３２ａは、ｐ型半導体層であってもよく、ｐ型半導体層１３２と同じであってもよい。図６は、ｎ−型半導体層１４１ａ、第１のｎ＋型半導体層１４１ｂ、第２のｎ＋型半導体層１４１ｃ、ｐ型半導体層１４２、ゲート電極１４５ａ、ソース電極１４５ｂおよびドレイン電極１４５ｃを備えている接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）の好適な一例を示す。図７は、ｎ型半導体層１５１、ｎ−型半導体層１５１ａ、ｎ＋型半導体層１５１ｂ、ｐ型半導体層１５２、ゲート絶縁膜１５４、ゲート電極１５５ａ、エミッタ電極１５５ｂおよびコレクタ電極１５５ｃを備えている絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の好適な一例を示す。
（ＬＥＤ）
本発明の半導体装置が発光ダイオード（ＬＥＤ）である場合の一例を図８に示す。図８の半導体発光素子は、第２の電極１６５ｂ上にｎ型半導体層１６１を備えており、ｎ型半導体層１６１上には、発光層１６３が積層されている。そして、発光層１６３上には、ｐ型半導体層１６２が積層されている。ｐ型半導体層１６２上には、発光層１６３が発生する光を透過する透光性電極１６７を備えており、透光性電極１６７上には、第１の電極１６５ａが積層されている。なお、図８の半導体発光素子は、電極部分を除いて保護層で覆われていてもよい。
透光性電極の材料としては、インジウム（Ｉｎ）またはチタン（Ｔｉ）を含む酸化物の導電性材料などが挙げられる。より具体的には、例えば、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、Ｇａ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２またはこれらの２以上の混晶またはこれらにドーピングされたものなどが挙げられる。これらの材料を、スパッタリング等の公知の手段で設けることによって、透光性電極を形成できる。また、透光性電極を形成した後に、透光性電極の透明化を目的とした熱アニールを施してもよい。
図８の半導体発光素子によれば、第１の電極１６５ａを正極、第２の電極１６５ｂを負極とし、両者を介してｐ型半導体層１６２、発光層１６３およびｎ型半導体層１６１に電流を流すことで、発光層１６３が発光するようになっている。
第１の電極１６５ａ及び第２の電極１６５ｂの材料としては、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｈｆ、Ｗ、Ｉｒ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｐｄ、ＮｄもしくはＡｇ等の金属またはこれらの合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン又はポリピロ−ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物などが挙げられる。電極の成膜法は特に限定されることはなく、印刷方式、スプレー法、コ−ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレ−ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式、などの中から前記材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って前記基板上に形成することができる。
なお、発光素子の別の態様を図９に示す。図９の発光素子では、基板１６９上にｎ型半導体層１６１が積層されており、ｐ型半導体層１６２、発光層１６３およびｎ型半導体層１６１の一部を切り欠くことによって露出したｎ型半導体層１６１の半導体層露出面上の一部に第２の電極１６５ｂが積層されている。
前記半導体装置は、例えば電源装置を用いたシステム等に用いられる。前記電源装置は、公知の手段を用いて、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１０に電源システムの例を示す。図１０は、複数の前記電源装置と制御回路を用いて電源システムを構成している。前記電源システムは、図１１に示すように、電子回路と組み合わせてシステム装置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１２に示す。図１２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（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、トランスで絶縁及び変圧を実施し、整流ＭＯＳＦＥＴ（Ａ〜Ｂ’）で整流後、ＤＣＬ（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制御回路でインバータ及び整流ＭＯＳＦＥＴを制御する。
１．製膜装置
図１を用いて、本実施例で用いたミストＣＶＤ装置１を説明する。ミストＣＶＤ装置１は、キャリアガスを供給するキャリアガス源２ａと、キャリアガス源２ａ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３ａと、キャリアガス（希釈）を供給するキャリアガス（希釈）源２ｂと、キャリアガス（希釈）源２ｂ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３ｂと、前駆体溶液４ａが収容されるミスト発生源４と、水５ａが入れられる容器５と、容器５の底面に取り付けられた超音波振動子６と、成膜室７と、ミスト発生源４から成膜室７までをつなぐ供給管９と、成膜室７内に設置されたホットプレート８と、熱反応後のミスト、液滴および排気ガスを排出する排気口１１とを備えている。なお、ホットプレート８上には、基板１０が設置されている。
２．原料溶液の作製
アルミニウムアセチルアセトナート１．６ｇ、ロジウムアセチルアセトナート０．０６ｇ、マグネシウムアセチルアセトナート０．５ｇ及び塩酸６ｍＬを、水５２０ｍＬと混合し、これを原料溶液とした。
３．成膜準備
上記２．で得られた原料溶液４ａをミスト発生源４内に収容した。次に、基板１０として、ｃ面サファイア基板をホットプレート８上に設置し、ホットプレート８を作動させて成膜室７内の温度を５５０℃にまで昇温させた。次に、流量調節弁３ａ、３ｂを開いて、キャリアガス源であるキャリアガス供給手段２ａ、２ｂからキャリアガスを成膜室７内に供給し、成膜室７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２Ｌ／分に、キャリアガス（希釈）の流量を０．５Ｌ／分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。
４．膜形成
次に、超音波振動子６を２．４ＭＨｚで振動させ、その振動を、水５ａを通じて原料溶液４ａに伝播させることによって、原料溶液４ａを霧化させてミスト４ｂを生成させた。このミスト４ｂが、キャリアガスによって、供給管９内を通って、成膜室７内に導入され、大気圧下、５５０℃にて、成膜室７内でミストが熱反応して基板１０上に膜が形成された。なお、製膜時間は１２時間であった。
上記４．にて得られた膜について、ＳＩＭＳ分析、ＸＰＳ及びＸ線回析装置を用いて膜の同定を行ったところ、得られた膜は、ＡｌＲｈＯ膜であった。なお、ＸＲＤ測定結果を図２に示し、ＳＩＭＳ測定結果を図１３に示す。また、得られたＡｌＲｈＯ膜についてホール効果測定を行ったところ、キャリアタイプはｐ型であり、キャリア密度は７．７９×１０１８（／ｃｍ３）であり、移動度は３（ｃｍ２／Ｖ・ｓ）であった。
本発明の酸化物半導体膜は、ｐ型半導体として有用であり、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。
１ ミストＣＶＤ装置
２ａ キャリアガス源
２ｂ キャリアガス（希釈）源
３ａ 流量調節弁
３ｂ 流量調節弁
４ ミスト発生源
４ａ 原料溶液
４ｂ ミスト
５ 容器
５ａ 水
６ 超音波振動子
７ 成膜室
８ ホットプレート
９ 供給管
１０ 基板
１１ 排気口
１０１ａ ｎ−型半導体層
１０１ｂ ｎ＋型半導体層
１０２ ｐ型半導体層
１０３ 金属層
１０４ 絶縁体層
１０５ａ ショットキー電極
１０５ｂ オーミック電極
１２１ａ バンドギャップの広いｎ型半導体層
１２１ｂ バンドギャップの狭いｎ型半導体層
１２１ｃ ｎ＋型半導体層
１２３ ｐ型半導体層
１２５ａ ゲート電極
１２５ｂ ソース電極
１２５ｃ ドレイン電極
１２８ 緩衝層
１２９ 基板
１３１ａ ｎ−型半導体層
１３１ｂ 第１のｎ＋型半導体層
１３１ｃ 第２のｎ＋型半導体層
１３２ ｐ型半導体層
１３４ ゲート絶縁膜
１３５ａ ゲート電極
１３５ｂ ソース電極
１３５ｃ ドレイン電極
１３８ 緩衝層
１３９ 半絶縁体層
１４１ａ ｎ−型半導体層
１４１ｂ 第１のｎ＋型半導体層
１４１ｃ 第２のｎ＋型半導体層
１４２ ｐ型半導体層
１４５ａ ゲート電極
１４５ｂ ソース電極
１４５ｃ ドレイン電極
１５１ ｎ型半導体層
１５１ａ ｎ−型半導体層
１５１ｂ ｎ＋型半導体層
１５２ ｐ型半導体層
１５４ ゲート絶縁膜
１５５ａ ゲート電極
１５５ｂ エミッタ電極
１５５ｃ コレクタ電極
１６１ ｎ型半導体層
１６２ ｐ型半導体層
１６３ 発光層
１６５ａ 第１の電極
１６５ｂ 第２の電極
１６７ 透光性電極
１６９ 基板

Claims (12)

  1. 金属酸化物を主成分とする酸化物半導体膜であって、前記金属酸化物が周期律表の第９族金属及び／又は第１３族金属を含み、膜中にｐ型ドーパントを含有し、ｐ型キャリア密度が１×１０１５／ｃｍ３以上であり、移動度が１ｃｍ２／Ｖｓ以上であることを特徴とする酸化物半導体膜。
  2. 前記第９族金属がロジウム、イリジウム又はコバルトである請求項１記載の酸化物半導体膜。
  3. 前記第１３族金属が、インジウム、アルミニウム及びガリウムから選ばれる１種又は２種以上の金属である請求項１又は２に記載の酸化物半導体膜。
  4. 前記ｐ型ドーパントが、マグネシウムである請求項１〜３のいずれかに記載の酸化物半導体膜。
  5. 少なくとも半導体層と電極を備えた半導体装置であって、請求項１〜４のいずれかに記載の酸化物半導体膜が前記半導体層に用いられていることを特徴とする半導体装置。
  6. ｐ型半導体層を備えた熱電変換素子を含み、前記ｐ型半導体層に請求項１〜４のいずれかに記載の酸化物半導体が用いられている請求項５記載の半導体装置。
  7. さらに、ｎ型半導体層を備えており、前記ｎ型半導体層は、周期律表の第１３族金属を含む酸化物半導体を主成分とする請求項５又は６に記載の半導体装置。
  8. 請求項５〜７のいずれかに記載の半導体装置を含むシステム。
  9. 周期律表の第９族金属及び／又は第１３族金属とｐ型ドーパントとを含む原料溶液を霧化してミストを生成し、ついで、キャリアガスを用いて、基体の表面近傍まで前記ミストを搬送した後、前記ミストを前記基体表面近傍にて酸素雰囲気下で熱反応させることにより、前記基体上に酸化物半導体膜を形成することを特徴とする酸化物半導体膜の製造方法。
  10. 前記第９族金属がロジウム、イリジウム又はコバルトである請求項９記載の製造方法。
  11. 前記第１３族金属が、インジウム、アルミニウム及びガリウムから選ばれる１種又は２種以上の金属である請求項９又は１０に記載の製造方法。
  12. 前記ｐ型ドーパントが、マグネシウムである請求項９〜１１のいずれかに記載の製造方法。


JP2018525322A 2016-06-30 2017-06-30 酸化物半導体膜及びその製造方法 Active JP6994183B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016131158 2016-06-30
JP2016131158 2016-06-30
PCT/JP2017/024274 WO2018004008A1 (ja) 2016-06-30 2017-06-30 酸化物半導体膜及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2018004008A1 true JPWO2018004008A1 (ja) 2019-05-30
JP6994183B2 JP6994183B2 (ja) 2022-01-14

Family

ID=60786013

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018525322A Active JP6994183B2 (ja) 2016-06-30 2017-06-30 酸化物半導体膜及びその製造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11107926B2 (ja)
EP (1) EP3480840A4 (ja)
JP (1) JP6994183B2 (ja)
KR (2) KR20190022561A (ja)
CN (1) CN109417037B (ja)
WO (1) WO2018004008A1 (ja)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200388684A1 (en) * 2018-07-12 2020-12-10 Flosfia Inc. Semiconductor device and semiconductor system including semiconductor device
TW202006945A (zh) * 2018-07-12 2020-02-01 日商Ｆｌｏｓｆｉａ股份有限公司 半導體裝置和半導體系統
EP3823041A4 (en) * 2018-07-12 2022-04-20 Flosfia Inc. SEMICONDUCTOR DEVICE
TW202018819A (zh) * 2018-07-12 2020-05-16 日商Ｆｌｏｓｆｉａ股份有限公司 半導體裝置和半導體系統
TW202013716A (zh) * 2018-07-12 2020-04-01 日商Ｆｌｏｓｆｉａ股份有限公司 半導體裝置和半導體系統
CN113508470A (zh) * 2019-03-13 2021-10-15 三菱电机株式会社 半导体装置
CN110055591B (zh) * 2019-05-17 2020-11-20 中国科学院物理研究所 二维三元原子晶体的制备方法
JP7478334B2 (ja) * 2020-01-10 2024-05-07 株式会社Flosfia 半導体素子および半導体装置
JP7247945B2 (ja) * 2020-04-24 2023-03-29 トヨタ自動車株式会社 酸化ガリウム系半導体及びその製造方法
JP2022102689A (ja) * 2020-12-25 2022-07-07 株式会社デンソー 酸化膜を有する製品の製造方法
CN114518389B (zh) * 2022-04-21 2022-07-12 北京中科海芯科技有限公司 一种气体传感器、制作方法及气体检测方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005047560A1 (ja) * 2003-11-17 2005-05-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 結晶膜の製造方法、結晶膜付き基体の製造方法、熱電変換素子の製造方法、および熱電変換素子
JP2013058637A (ja) * 2011-09-08 2013-03-28 Tamura Seisakusho Co Ltd Ｇａ２Ｏ３系半導体素子
US20140091302A1 (en) * 2012-09-28 2014-04-03 Industrial Technology Research Institute P-type metal oxide semiconductor material thing
JP2016081946A (ja) * 2014-10-09 2016-05-16 株式会社Flosfia 半導体構造および半導体装置

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5338039B2 (ja) * 1973-12-17 1978-10-13
JP3701125B2 (ja) * 1998-08-11 2005-09-28 日本特殊陶業株式会社 ガスセンサ
TW454331B (en) * 1999-06-16 2001-09-11 Matsushita Electronics Corp Semiconductor apparatus and its manufacturing method
TWI221341B (en) 2003-09-18 2004-09-21 Ind Tech Res Inst Method and material for forming active layer of thin film transistor
CN100551187C (zh) * 2003-12-26 2009-10-14 株式会社半导体能源研究所 发光元件
JP4831940B2 (ja) 2004-05-24 2011-12-07 株式会社光波 半導体素子の製造方法
JP4803634B2 (ja) 2004-10-01 2011-10-26 学校法人早稲田大学 ｐ型Ｇａ２Ｏ３膜の製造方法およびｐｎ接合型Ｇａ２Ｏ３膜の製造方法
US8013331B2 (en) * 2006-06-19 2011-09-06 Panasonic Corporation Thin film transistor, method of manufacturing the same, and electronic device using the same
CN201754405U (zh) * 2010-07-16 2011-03-02 北京工业大学 一种氧化锌掺杂同质pn结
JP5352599B2 (ja) * 2011-01-17 2013-11-27 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置
JP2012186231A (ja) * 2011-03-03 2012-09-27 Jsr Corp 太陽電池
JP5890991B2 (ja) * 2011-09-28 2016-03-22 トランスフォーム・ジャパン株式会社 化合物半導体装置及びその製造方法
TWI642193B (zh) * 2012-01-26 2018-11-21 半導體能源研究所股份有限公司 半導體裝置及半導體裝置的製造方法
US9224869B2 (en) * 2012-09-12 2015-12-29 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor device and method for manufacturing same
US20150087110A1 (en) * 2013-09-21 2015-03-26 Northwestern University Low-Temperature Fabrication of Spray-Coated Metal Oxide Thin Film Transistors
JP6547273B2 (ja) * 2013-12-26 2019-07-24 株式会社リコー ｐ型酸化物半導体、ｐ型酸化物半導体製造用組成物、ｐ型酸化物半導体の製造方法、半導体素子、表示素子、画像表示装置、及びシステム
JP6945120B2 (ja) 2014-08-29 2021-10-06 株式会社Flosfia 金属膜形成方法
US9647135B2 (en) * 2015-01-22 2017-05-09 Snaptrack, Inc. Tin based p-type oxide semiconductor and thin film transistor applications

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005047560A1 (ja) * 2003-11-17 2005-05-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 結晶膜の製造方法、結晶膜付き基体の製造方法、熱電変換素子の製造方法、および熱電変換素子
JP2013058637A (ja) * 2011-09-08 2013-03-28 Tamura Seisakusho Co Ltd Ｇａ２Ｏ３系半導体素子
US20140091302A1 (en) * 2012-09-28 2014-04-03 Industrial Technology Research Institute P-type metal oxide semiconductor material thing
JP2016081946A (ja) * 2014-10-09 2016-05-16 株式会社Flosfia 半導体構造および半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP6994183B2 (ja) 2022-01-14
CN109417037B (zh) 2024-03-15
KR20190022561A (ko) 2019-03-06
CN109417037A (zh) 2019-03-01
KR102467802B1 (ko) 2022-11-16
EP3480840A1 (en) 2019-05-08
KR20220031143A (ko) 2022-03-11
WO2018004008A1 (ja) 2018-01-04
EP3480840A4 (en) 2020-03-11
US11107926B2 (en) 2021-08-31
US20190157400A1 (en) 2019-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6994183B2 (ja) 酸化物半導体膜及びその製造方法
JP6951714B2 (ja) ｐ型酸化物半導体及びその製造方法
JP7065443B2 (ja) ｐ型酸化物半導体及びその製造方法
JP6994181B2 (ja) 結晶性酸化物半導体膜および半導体装置
JP7391290B2 (ja) 結晶性酸化物半導体膜および半導体装置
WO2019098295A1 (ja) ｐ型酸化物半導体膜及びその形成方法
JP7358718B2 (ja) 結晶性酸化物半導体膜および半導体装置
WO2020013259A1 (ja) 半導体装置および半導体装置を含む半導体システム
WO2020013261A1 (ja) 積層構造体、積層構造体を含む半導体装置および半導体システム
JP7065440B2 (ja) 半導体装置の製造方法および半導体装置
WO2022030647A2 (ja) 酸化物半導体及び酸化物半導体を含む半導体装置
WO2021010237A1 (ja) 酸化物半導体膜及び半導体装置
JP7011219B2 (ja) 積層構造体および半導体装置
WO2020013260A1 (ja) 半導体装置および半導体装置を含む半導体システム
WO2019098298A1 (ja) 半導体装置
WO2021010238A1 (ja) 酸化物膜及び半導体装置
WO2019098294A1 (ja) ｐ型酸化物半導体膜の形成方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200625

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200625

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210525

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210726

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211104

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211129

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6994183

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150