TW483147B - Semiconductor device - Google Patents

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TW483147B
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Masashi Kawasaki
Hideo Ohno
Akira Ohtomo
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Japan Science & Tech Corp
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Description

483147 五、發明說明（1) 〔發明之範圍〕 本發明係關於一種半導體元件，尤其 、 族氧化物或m族氮化物做薄膜材料，而：：：：：： 晴化物單結晶為基板而獲得的；：= : 、、、口日日薄膜的半導體兀件，其發光元件及對立 、 (SAW Surface Acoustic Wave)等的應用。 9 波兀件 〔發明之背景〕 〜 從來在半導體元件領域，以電晶體 形矽鱼吝钍曰功笪祛^ + 电曰曰马例，係使用無定 ^ 夕、、、口日日矽寻薄膜電晶體。此外，最近使用於制、生本 =體兀件的薄膜材料，以氧、化鋅（Zn〇)頗受重、衣^ 代紫外光發光元件與透明電晶體，光、 ’ < 取
的發光元件盎兩曰雕々机, 於衣作使用ZnO J〜九το件與私日日體之際，係使用藍寶石做 此外，製作半導體元件時希望在 :土板。 下： 胰、、、口日日性（coherency)品質的要因如 (a)決定粒子尺寸 (b )格子面間隔的歪曲度 (c)格子面方向的歪曲度（配向性㈣“丨以％ 亦即一般所謂高品質結晶為（a)結晶粒 子面間隔歪曲度小，配向性小。 卞尺寸大，（b)格 〔發明之總論〕 然而使用習知Ιέ窨t αt . Ί m 现貝石寻的基板，與做為薄膜鉍Μ ΛΑ —子不整合率咖之大。為此於習粒
483147 五、發明說明（2) 5 :於配向性大等形成高品質單結晶薄膜上的困擾。又 此，；兀件之性能不能十分發揮原來Zn〇所固有的性 月匕’未必能製成為最適合的基板。 ΠΤ族ΐΐ上揭事實，本發明〜〇等的n族氧化物，或GaN等 壯曰做Α Ϊ等的薄膜材料，與格子整合性極良好的氧化物 與大型單結晶能匹敵的高品質薄膜，以制u貝，作成 ¥體凡件，為本發明之—目#。又 ，田、的牛 q士 ί 1 間隔歪曲度小，配向性極小，幾乎近於 =了阳的向品質211〇、GaN等，導體薄膜，為本發明又一目 例如由於Sc MMg〇4(SCAM)結晶等對Zn〇格 性小（約0.13%)，故可在其基板上 t子不整合 ^ ^ _ g Λ ^ βΒθ 場合比較，复带不较念i貝石基板寺 ςΓΛΜ^4八电子移動度两，形成接近於ΖηΟ單姓曰& SCAM基板上之以〇，為本發明另一目的。早、、”曰的
又以透,明半導體材料ZnO，盘透.明高的祕以 基板之組合，可製作為逡财、；^月回絶緣性的SCAM 規則構造it件的性能，$本發明的再—目的W者&尚不 又，利用於電晶體等，以高速化啟閉 明的目的。利用於場效應電晶料，使夂J:，疋本發 寬度的變大，而得降低開關用閉極電壓，也乏層 二應用於發光元件，以提高發光效 的目的。 丁 也疋本發明 483147 五、發明說明（3) 應用於場效應電晶體，雙載子電晶體，用GaN基板的 含有氮化物青色雷射的發光元件（LED，雷射），表面音波 元件（S A W)’感測為等各種電子元件，以提高其性能，也 是本發明的目的。 ’ 依照本發明的第一解決方法，提供具有aLnAB〇4或
LnA03(B0)n (Ln · Sc ， In ， Lu ， Yb ， Tm ， Ho ， Er ， Y 等稀 土類元 素， A : Fe，Ge，Αθ、 B : Μη，Co，Fe，Zn，C、u，Mg ’ Cd)為基本構造的任一 種材料的基板，與使用氧化_Zn〇，氧化鎂鋅“jh xO、氧 化鎘辞cdxzni_xo、氧化鎘cd〇等π族氧化物，或氮化x鎵 G a N，氮化铭从N，氮化銦I η N等HI族氮化物中任一種材料 而形成於前揭基板上的半導體層之半導體元件。 此外’本發明亦提供應用於發光元件及等光，電 子元件方面的半導體元件。 〔較佳具體實施例之詳細描述〕 (1)電場效應電晶體（Field Effect Transistor， FET) 第1圖為本發明半導體元件第1實施例的剖面圖。如第 1 (A)圖所示，第i實施例的半導體元件乃關於FET者，具有 通道層（半導體層Π )，源極1 2，汲極1 3，閘極1 4，閘極絕 緣層15 ’及基板16。在基板16之上形成有通道層丨丨。通道 層11上形成有閘極絕緣層15，源極12及汲極13。間極絕^
483147 五、發明說明（4) 層1 5上形成有閘極1 4。 弟1 (B )圖所示者為第1實施例的變形。此電極 板16上形成有通道層η。又在通道層11上以電阻接人方土式 形成源極12與汲極13，以肖特基接合方式形成 圖比較，因無間極絕緣層15，故在源極12及 汲極1 3，、閘極1 4間設有適當的空隙。 ^下文中說明成為本發明主要特徵的各構成要素的材 料。 首先，通道層11因屬FET構造，故以具有 或絕緣性的半導體形成。通田二 gxz Ο，乳化鎘CdxZni χ〇，氧化鎘Cd〇等D族氧化 又做為通道層11者’可使用氮化嫁⑽，氮化銘 ^使用益\\鋼1nN ’ InGaN5lMInN^族氮化物。通道層 ^ 0 純粹或近乎純粹的薄膜材料。又通ϋ 亦可使用經滲雜之材料。此外， + 3逼層11
型均不拘。 一，寻胰材科可為η型或P ^ ^ ^ n m # ^ _ 明，但;…圖示各材料為對象做舉例說 其次，基板16係使用絕緣性材料。 所用材料’其格子常數與通道層u的格=中的基板U 好整合性，因而形成高品質的通道層:數相近而有良 ^ 11 ^ ^ Zno , ^ ^ ^ 6 ^ ^ ^ 483147
五、發明說明（5) 例如使用氧化鋅單結晶或Sc MMg〇4單結晶等，即可在其基 板上以蠢晶成長高品質通道層11或源極12與汲極13。/、土 人下文中說明與使用於通道層11的薄膜材料格子常數整 合性高（即與其格子常數相近）的基板1 6材料的組合例。 首先說明薄膜材料係使用ΖηΟ等Π族氧化物的場合。 例如ΖηΟ時可選擇下揭基板材料。 σ 第一，做為基板1 6者，例如以下揭LnAΒ04做為美太谌 =的材料（具有LnAB〇4的組成，且具有YbFe2〇4構造的"結晶 群）可以使用，即LnAB04，於此Ln : Sc，In，Lu，Yb，
Tm，Ho ’ γ 等稀土類元素。A」Fe，Ga ,从。B : ，c〇，
Fe，Zn，Cu，Mg，Cd。這樣的基板材料的格子常數約為 3 · 2 3 · 5 A。有這樣基本構造的材料例如有& a題g心等。 =3圖表示關於LnAB〇4的格子常數與離子半徑的4關係 圖二橫軸表示Ln氧化物配位數6的離子半徑，縱軸表示格 子4數如圖所示來分析格子常數，Ln元素的離子半徑 (原子之大小）變大時，LnAB〇4的格子常數亦增加。又，
ZnO，GaN及从N的格子常數係以橫線（點線）圖示，係表示 與此格子常數相近的LnAB04為基本構造的氧化物。 · 又第4圖表示以LnAB〇4為基本構造的基板材料之一例 與其格子常數之圖。舉一例示格子常數較小的材料
ScAeMg04，ScAeZn04，ScAfCo04，ScAj^Mn04，ScGaZn0，
ScG^Mg〇4。如第2圖所示，Zn〇的格子常數為249 A，上使 用第6圖所示基板材料的任一種，則格子常數的整人性趨 好。又如第3圖所示，整合性良好的基板材料有Sc^Cu〇4
483147
，In A題g〇4等，但並不限定於這些。 广此外，為了配合Zn〇，基板ι6亦可使用下揭添加有Zn〇 的氧化物材料。以一船式矣干，且古丁 才 股式录不具有下揭以LnA03(B0)n為 基本構造的具#(LnA〇3(BO)n組成，且具#Yb2Fe^構造的 結晶群加以適當使用，即LnA〇3(B〇)n，於此Ln : &，h，
Lu，Yb，Tm，Ho，Ειν，Y 等稀土 類元素，A : Fe，Ga，从， B : Μη ， Co ， Fe ， Zn ， Cu ， Mg ， Cd 。 如此在LnAB〇4構造中混入Zn0，則Zn〇侵入格子空隙， 致可合成與ZnO格子常數相近之物質。使n為無限大，格子 常數將收歛而趨近於3· 249 (ZnO的袼子常數）。 第5圖表不[71^〇3(80)11格子常數與離子半徑的關係圖。 k軸為L η氧化物配位數6的離子半徑，縱軸為格子常數。 與第3圖同樣，就格子常數加以分析，Ln元素的離子半徑 (原子大小）變大時，LnA〇3(BO)n的格子常數亦增大。又 ZnO，GaN及MN的格子常數係以橫線（點線）圖示，而表示 以與此格子常數相近的1^1^〇3(肋）11為基本構造的氧化物。 如圖所示，具體上說，例如使用Sc M〇3(Zn〇)n，
ScFe03(Zn0)n，ScGa03(Zn0)n，InFe03(Zn0)n，InGa03(Zn0)n ，InAf03(Zn0)n，YbA403(Zn0)n，1^八仰3(211〇)11等，則袼子11 整合性良好。 n 此外’其中亦可使用例如Sc ΑίΖη306，Sc ΑΘΖη407，
ScAjZn7O10，或ScGaZn3〇6，SCGaZn5〇8，ScGaZn7O10，或 ScFeZn2 05 ’ScFeZn306 ’ScFeZn609 等各材料。 第2，兹說明通道層11的薄膜材料為GaN，从n等皿族
第9頁 483147 五、發明說明（7) 氮化物的場合。第2圖所示，例如G a N及Af N的格子常數各 為3.112A及3.189A。第3與4圖所例示的有LnAB04的氧化 物結晶，格子常數雖小亦有3· 2 A程度，故可與GaN及ΑΘΝ 的格子常數配合的結晶’其中最小者例如有Sc Mg04，
Sc Aj?Zn04 等。 又，在第3〜5圖所例示之材料外，格子常數較小而與 GaN及A題等整合性良好的物質，有如下列者，即 ，ScBMg04，ScBBe04 等。 4 又如上揭一般式LnA〇3(BO)n中，選Mg為β之材料的整合 性良好。亦即此基板，乃上、揭氧化物基板材料中添加心〇 者。 其次閘極絕緣層15可使用適當的絕緣性材料。閘極絕 緣層1 5可用與通道層11之材料格子配合良好的高絕緣性材 料。如上述情形，針對通道層丨丨的薄膜材料，與基板材料 1 6使用格子常數整合性良好的材料同樣，可適當選擇格子 整合性良好的絕緣層1 5。例如以zn〇為通道層丨丨的場合， 例如可使用Sc AMg〇4等做為閘極絕緣層15。又閘極絕〇缘層 15亦可使用例如滲雜可取丨價價數的元素或ν族元素的曰
緣性ΖηΟ等透明絕緣性材料。可取i價價數的元素例如 族兀素（u，Na，κ，Rb，Cs)，Cu，Ag，A 有 N，卜 面内的格子常數在1%以内一致，相 格子整合性良好的半導體元件。互間了…日成長’而得 又閘極絕緣層15若使用強介電性材料，則電晶體本身
第10頁 五、發明說明（8) 可具備§己憶機能。強介電 ^(uyMgx_y)〇等。又閘極絕 =15例ζ可用 膠、聚乙烯等絕緣體。閘極日 例如可用玻璃、塑
Mg〇、Ce〇2、Si〇2等絕緣性氧化物:”他尚可用从A、 以上的說明乃關於閘極絕緣 宜的絕緣層的場合，亦 门 者，即凡形成其他適 格子整合性良好的同樣材料。由是可以製造出 又，源極1 2，汲極1 3及閘極1 4可推 料。做為電極材料者，以與通道層宜的電極材 參雜或不滲雜不純物、的導；性1;材:為 礎的電極，例如有滲雜瓜 計以Zn〇寻為基 观族元素(FHD二去rT Ga、In、T幻’ )，v 族元素（N、P、As、Sb R &素/Ll、Na、K、Rb、Cs ZnO，戋不峡雜杯/ 主 βι)中任何一種之導電性 素時^定適曰導電性Ζη0等°於此渗雜這些元 W —Ζη〇等，但並田非口θ雜―里（，如可用高濃度滲雜η型的 同樣構造组成的材料其疋成）。以與如此的通道層11等 良好的高品質即:製造出袼子常數整合性 c;等金屬’或高度“的半導體二：外此：如=: 透r導3電r極14，其他亦可心—二 (2)具有緩衝層的基板之FEt 第6圖為本發明半導體元件第二實施例的剖面圖。如 (A)圖所示，第：實施例乃關於FET者，具備有源極 ^3147 五、發明說明（9) ' 一'〜 ---------- ^，；及極1 3，閘極1 4，閘極絕緣層丨5 ,通道層丨7，缓衝層 1 8，及基板1 6。 假如通道層11係未滲雜的純粹場合，或僅少量滲雜不 場合’即由第J的構成，基板16與通道扣的格 相I 4* Ϊ合性良好。但於此第二實施例，通道層1 7滲雜有 的不純物（例如10〜20%程序）的場合等，可使其 π ^，回格子常數整合性。為此在基板1 6與通道層1 7之間 §又有緩衝層1 8。 牯別ί ί ?17使用與第一實施例同樣組成的材料，但於此 咨1用杈為大量滲雜有不、純物的材料。又基板16與第— ;=同，，配合通道層17 ’適當使用整合性高的材料。 ΐίΐ ’若通道層17使用η族氧化物或m族氣化物，可 Ϊ二料彳同丨樣的組成而只有僅少渗雜量’或不滲雜的絕緣 敗1斤伸列如通道層1 7使用例如2〇0，緩衝層1 8可使用可 性材"料^元素或V族元素少量滲雜的絕緣性Zn〇等絕緣 取1俨I，* 滲雜的純粹絕緣性Zn〇等絕緣性半導體。可 只^數的7^素例如有I族元素（Li，N，K，Rb，Cs)， 二？亦=。：族元素_’卜^,，以等。第二實 其薄貫施例所說明同樣’其通道層Π，使用與 合，可ΞΐΙ成的緩衝層18，及基板16各個材料的組 Τ慮t子常數的整合性，選擇合適者。 (3 )半導體元件的特性
Zn〇i#WV?—實施例中的SG戰G4基板上所形成的 、/、S知的藍寶石基板上所形成的Zn〇薄膜的特性做
第12頁 483147 五、發明說明（ίο) --—— 一比較來說明。此例中採用雷射分子線磊晶法或脈衝雷射 堆積法，在基板溫度3 0 0〜1〇〇〇度時形成21)〇。 第7圖為氧化鋅薄膜及氧化辞大型單結晶電氣特性的 比較說明圖。在此圖中ScAMg〇4基板上及藍寶石基板上 (a - A&〇3基板上）各形成氧化辞薄臈的場合與以水埶合成 法做成的氧化鋅大型單結晶電氣特性的比較。電氣特性係 以移動度以與室溫下表示電子或載子濃度的施體濃度心間 ”表示。又電阻係數々’移動度#及施體濃輯的 關係為p = 1 / ( e # ND)。但式中e為單位電荷量。 又^ ’ ZnO本來的物性可p大型單結晶特性來表示。大 型ZnO單結晶的移動度大，施體濃度小，具有良質 性。欲接近於這樣的大型單結晶特性，為本發明目標之 一。另一方面，習知的藍寶石基板上形成Zn〇的場合，其 度小而施體濃度大。與此相對，在本發明之以从社 二^形成Zn0的場合，與習知者比較，其移動度大而施 肢展度小，可獲得接近Zn0大型單結晶的良質特性。此 外’此圖亦表示本發明混入的施體濃度本來就小，故以調 的添加量來加大施體濃度及受體濃度控制範 固ι[、叹疋轭圍。依照本發明，如圖所示，可以載子濃度 10 ，電子移動度6〇〜7〇cmVvs程度，形成再現性良好 的薄膜。又’這些特性上的不同，應係起因於缺陷， 物、粒界等原因。 、’ 、 因此由此圖可判斷，本發明應用於電晶體等時，可高 速化開關速度。又，本發明應用於場效應電晶體等時，因
第13頁 五、發明說明（11) 又本二:乏層寬度加大，故開關用閘極電壓可較低。 又本發明應 1於發光S料，可《高發光效帛。- 圖的Γ:上氧：鋅薄膜及氧化辞大型單結晶x線逆格子地 == 此圖所示’乃在以趴基板上及藍 的发ΐί D形成Zn〇薄膜的場合，與以水熱合成法做成 ^乳辞大型單、结晶所形成Ζ η 0薄膜的場合之X、線逆格子地 :子=ί示2方向的格子常*的倒數Qz(縱軸)與X方向 ^子,數倒數Qx(橫軸）間之逆格子空間。示箭頭方向各 不a边子尺寸的倒數，（b)格子面間隔的配向性，（c) 。子面方向的配向性（m〇sai、cness)。又於此舉一例 非對稱繞折面，表示Zn〇〇f4)的特性，而對各繞折面… (115)、（104)、（1〇5)亦可得同樣的結果。 二如圖所示，依本發明，較之習知者，（&)其粒子尺 較大，（b)格子面間隔配向性較小，而且（c)格子面方向 配向性（m〇Saicness)較小。此外，依本發明，較之習知、 f，其結晶性大幅改善，而獲得其㈣““⑼“與粒子尺 等與大型單結晶同樣的單結晶Zn〇薄膜。又由圖可知，於 本發明，格子常數已近於大型，及繞折峰值變尖。，； 第9圖為關於X線搖擺曲線半值寬度的基板溫度依存 的比較說明圖。此圖表示Sc MMg〇4基板上及藍寶石基板 的ZnO與半值寬度與成膜溫度間之關係。 通常X線搖擺曲線的半值寬度係表示格子面方向配向 性（mosaicness)及粒子尺寸。即因本發明中χ線搖擺曲線 半值寬度較之習知例為小，故關於這些其特性良好。例如 483147 五、發明說明（12) 本發明使用Sc AfMg〇4基板，即使為以3〇 〇°c程度之低成膜 概度形成的Ζ η 0薄膜’也與習知之藍寶石基板上以1 〇 〇 〇 堆積的薄膜有同一程度之mosaicness與粒子尺寸，而可獲 得結晶性非常高的薄膜。通常如以高溫度形成薄膜，則有 時層間發生擴散，但本發明可減少並防止之。 第1 〇圖為薄膜表面平坦程度的比較說明圖。如圖可知 本發明Sc A龍g〇4基板上的Zn0薄膜表面，較之習知藍寶石 基板上ZnO薄膜表面，其表面凹凸特別小（例如經精密計測 為1/100程度）。本發明的211〇薄膜表面可形成〇.26腦&軸 長的1/2)，或〇.52nm(c軸長、）的階梯與表面具原子水 坦性的薄膜。 第11圖為關於氮濃度之基板溫度依存性的比較說明 圖。此圖乃表示本發明之以MMg04基板上及習知之藍寶石 基板上形成滲有氮的Zn〇薄膜之場合，其氮濃度盘成膜w 度的關係。依本發明，較之習知例，其氮滲雜量可;;^ 倍程度（即易於滲入氮）。此事實表示為了得到同於習： 法程度的滲雜量，可約低5〇它的成膜溫度，形成Zn〇薄 膜’亦即表示提高了滲雜特性。χ氮滲雜特性 相 元件受體的特性。 々不目田於
(3’）其他的FET 第12_圖為士發明半導體元件第3實施例的剖面圖。第 12(A)所不第3實施例之形態乃關於FET者，其具 21，源極22 ’沒極23，閘極24，閘極絕緣層25，及美拓胃 26。基板26上形成有源極22與汲極23。通道層2ι覆^於這
483147 五、發明說明（13) 些之上。通道層21上更形成閘極絕緣層託。閘極 ，上：成有間極24。於此問極24，間極絕緣層25 =層25 21，成為MIS構造。 及通這層 第12(β)圖為第二貫施例的變形，盥第 緣層25之形成，而閘極24與？道層 ==料 源心_間絕㈣力降低Λ極時 以這些構成，如在第一與第二實施例辈ρ 1 ΒΒ 極22，汲極23的薄膜材料與26，間邑：： 5的材料，可整合兩者間的格子常數，適、组緣層 四實：1』：ί ί發明半導體元件第四實施例的剖面圖。第 汽轭例的形悲乃關於FET者，其具圖第 32，汲極33 ’閘極34，閘極絕緣層35，及二 '極 上形成有通道層31。通谨厗qi μ 丄、 土板6基板36 極絕緣# _L # & t μ曰上形成有閘極絕緣層35，閘 如可==閑極34。源，2及沒極33的形成，例 又：：閘極絕緣層35為光罩的擴散或離子注入法來ί成 it::例的變形’可適當設定開極34的大小S =極 二這些構成，如業已在第一及第^ 逼層21的薄膜材料，美 第―貫施例中說明，通 當的组合使用 ;;板26 ”間極絕緣層35的材料，可適 第二d 兩者的格子常數。此外，如業已在 例中說明，配合通道層31料及不純物之
第16頁 483147 五、發明說明（14) "" --- 《雜里，在通道層31與基板36間，可更設置一緩衝層。 又於上揭第三及第四實施例中未有特別言及者，其構 =要素之材料，可使用第一及第二實施例說明者同樣材 料。 (4 )發光元件 —第14圖為本發明半導體元件第五實施例的剖面圖。於 此實施例形態，係有關於雷射二極體等發光元件，其具備 有發光層41，p型半導體層42，η型半導體層43，第1與第2 電極45，電極46及基板47。 〃 發光層41挾設於Ρ型半等體42與η型半導體43之間，可 使用例如未經滲雜的ZnO，（Mg，Ζη)〇及Ζη〇的極薄多層膜 的構成物。此時之ΖηΟ稱為井層，而（Mg，Ζη)〇層稱為間隔 層。又間隔層的帶隙較大，故比井層的帶隙使用較多。發 光層41的其他可用材料例有（Zn，cd)〇及Ζη〇的多層構造， (Mg，Ζη)0及（Zn，Cd)0的多層構造等。此外，做為發光層 41者，可適當採用多層反射膜，雙重不規則構造，面發光 雷射構造等組合構成，。 這些P型半導體42及η型半導體43的材料基礎，可適當 採用第一實施例中所述各種材料。做為ρ型半導體42者/ 例如有ρ型ΖηΟ等Π族氧化物或ρ型GaN，AO，InGaN， A义I nN等ΠΙ族氮化物。p型ZnO例如為滲入i族元素（Li，
Na，K，Rb，Cs)，V 族元素（N，P，As，Sb，Bi)的 ZnO。 又n型半導體43例如使用n型ZnO等的π族氧化物或n型 GaN，AIN等ΙΠ族氮化物。η型ZnO例如為滲入羾族元素（β、
483147
、Ga、In、τ幻，w族元素（F、Cj2、βΓ、。各 該兀素的滲入量可配合元件尺寸、厚度、積體度，性能等 採取適當的量。第2電極（n型電極）46的材料，可用第一者 施例^所說明的與源極12，汲極13，及閘極14同樣的材 料。第1電極（p型電極）45例如可用例如Au，pt，Ν"τ 層構造）等的電阻電極。 於這些構成中，如第一實施例中所說明，η型半導體 層4*3(如接合於基板47的半導體層為ρ型時為ρ型半導體層） 的薄膜材料與基板4 7的材料可適當組合使用，以整人 的格子常數。又如業已在^二實施例所說明，配合型半 導體層43之薄膜材料及不純物之滲入量，在η型半導體 層43與基板47間，可設置緩衝層。又？型半導體42，η型半 導體43，發光層41，基板47之全部或一部份，可因使用格 子整合良好材料的組合，而得以製造高品質半導體元件。 此外’於上揭第五實施例，如未特別提及，各構成要 素的材料，可使用與第一與第二實施例所說明者同樣的物 質。又如使用透叼半導體，則可從發光層向圖的上面或下 面發射光，可多方面應用本發明於面發光雷射與電致發光 元件。 (5)表面音波元件（Surface Accoustic Wave SAW) 第1 5圖為本發明半導體元件第6實施例的構成圖。第 15(A)圖為SAW之斜視圖，第15(B)圖為其B-B，剖面圖。 SAW具有基板ill，半導體層112，輸入電極U3及輸出 電極114。SAW乃從輸入電極113輸入高頻信號，依SAW之濾
第18頁 483147 五、發明說明（16) 波特性，從輸出電極114輸出適當信 半導體層112為—絕緣性本邋舻等版兀件。 第-實施例中所述各種材彖二導導體體= 雜或滲雜有I族it素或m族元素的絕緣性ZnQ ^ 界可少量添加㈣遷移金屬心…等)，：:： 於此構成，與第一及第二實施例所說明者同樣， 體層112的薄膜材料與基板lu，輸入電極113，輸查 114的材料，可適當組合使用，以整合兩者的格子=。 (6 )其他應用 吊致 本發明因各層面可形成極為平坦，於應用於積層形半 導體元件時非常有效。此際各接合層間格子常數之^ ‘ 性，應予考慮，以適當選用上述材料來積層。又亦 複數種類的電晶體混合積層。 ~ π 本發明亦可適用於SAW外之光導波路，繞折袼子等光 積體回路，光元件等。又本發明更可應用於可變電阻器， 濕度感測器，溫度感測器，瓦斯感測器等各種感測器了又 本發明亦可應用於記憶體。應用於記憶體之際，將電晶體 及電容器配列成陣列狀，以各電晶體驅動各電容器，而實 ，記憶體機能。又本發明可將電晶體，發光元件了電容^ 寺適¥之元件形成於同一基板上。此外，以其可形成高品 質結晶’故可廣範圍應用於半導體元件。 ° 又半導體元件及各層大小、厚度、尺寸等，可依用途 與過程適當設計。滲雜量亦可配合製造過程，元件性能，
第19頁 483147 五、發明說明（π) 視須要適當設定。 又本文述及做為η型及ρ型半導體，導電性及絕緣性特 料’將半導體以Ζ η 0為基礎滲入各元素之例，但並非限定 於此。又如第一及第二實施例所述，說明了在基板上形成 通迢層之法，但如其他實施例，除了通道層以外，基板上 亦可適當形成絕緣性與導電性半導體層，滲入或不滲入之 半導體層，或η型或ρ型半導體層。 〔產業上的利用性〕 卜 依本發明，由於使用ΖηΟ等π族氧化物，或GaN等Η族 氮化物等薄膜材料，與格子、整合極優的氧化物結晶當做基 板使，，薄膜材料品質大為提高，形成足以匹敵大型單結 晶的高品質薄膜，故可製成特性優異的半導體元件。又^ 發明亦可形成殆無粒界，粒子尺寸大，格子面間隔配列 小，其格子面方向配向性亦極小，殆近於單結晶高品 ZnO，GaN等半導體薄膜。 、 依本發明，例如因ScA颜g〇4(SCAM)結晶等對以 的ZnO溥膜。又依本發明，較之使用習知之藍寶石美 SCAM基板上的Zn0電子移動度高，Zn〇 單：， ，緣材料SCAM基板，可製成透明半導體元件，同時透月二 尚不規則構造元件性能。尤其FET等 ..·、員耆獒 層等適當的-部或全部，可用透明電極㈣，絕緣 又本發明時應用於電晶體時，可高速化開關速度。本
483147 五、發明說明（18) 發明應用於FET等時，施加電場時空乏層加寬，開關用閘 極電壓可較低。本發明應用於發光元件時可提高發光效 率。 本發明可應用於FET，雙載子電晶體，以GaN為基板而 含有氮化物青色雷射的發光元件（LED，雷射），SAW，感測 器等各種電子元件，並提高其性能。 (
第21頁 圖式簡單說明 ^ 1圖為本發明半導體元件的第丨實施 表 第2圖為使用於通道層的代表性薄膜材 " 示格子常數之圖； 何枓之一例： 第3圖為表示對LnAB〇4的格子數 係圖； 雕于+徑間的關 一 第4圖為以LnAB〇4為基本構造的基板材 示其格子常數之圖； 才科之一例與表 第5圖為表示對LnA03(B〇)的格子當童f 關係圖； Λ ^口子吊數與離子半徑間的 發明半導體？件的第2實施例剖面圖，· 回為氧化辞薄膜及氧化鋅大型單姓曰$ 比較說明圖； 、σ θ曰電乳特性的 第8圖為氧化鋅薄膜及氧化辞 地圖的比較說明圖； f x i早、…阳的X線逆格子 第9圖為關於X線搖擺曲線半值 的比較說明圖； 又幻丞板/皿度依存性 :ί: Ξ ί關於薄膜表面平坦情形的比較說明圖； 圖；弟11圖為關於氮濃度的基板溫度依存性的比較說明 ΚΚΓί明半導體元件的第3實施例剖面圖 Ϊ 半導體元件的第4實施例剖面圖 月半導體元件的第5實施例剖面圖；及 固犬Γ元:ίίΓ月半導體元件的第6實施例剖面圖。 星式中.1件心签稱與符號對昭 固 483147 圖式簡單說明 11 :通道層 12 :源極 13 :汲極 14 :閘極 1 5 :閘極絕緣層 16 :基板 17 :通道層 18 :緩衝層 21 :通道層 2 2 :源極 2 3 :汲極 2 4 :閘極 2 5 :閘極絕緣層 2 6 :基板 31 :通道層 3 2 :源極 3 3 · >及極 · 3 4 :閘極 3 5 :閘極絕緣層 3 6 :基板 41 :發光層 42 : P型半導體層 43 : η型半導體層 4 5 :第一電極
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Claims (1)

  1. 483147 ，月7修正/粟句補化 案號89104896_年月日_修Je/__ 六、申請專利範圍 1· 一種半導體元件，包括： 一基板，係使用 L n A B 04 或 L n A 03 (B 0 ) n ( L n : S c，I η， Lu ’Yb，Tm，Ho，Er，Y 等稀土類元素；A : Fe，Ga，Ad ; β :Mn，Co，Fe，Zn，Cu，Mg，Cd)為基本構造的任一種材 料者；及 形成於前揭基板上的半導體層，係使用氧化鋅ZnO， 氧化鎂鋅MgxZiVxO，氧化鎘鋅CdxZrVxO，氧化鎘CdO等Π族 氧化物中任一種材料者。 2 ·如申請專利範圍第1項之半導體元件，其中所述基 板材料係使用 Sc AQ_Mg04，Sc AQ_Zn04，Sc AQX〇04，Sc AdMn04， ScGaZn04，ScGaMg04，或ScMZn306，ScAaZn407，ScAaZn701〇 或ScGaZn306，ScGaZn508，ScGaZn7O10，或ScFeZn205， ScFeZn3 06，ScFeZn6 09中之任一種，而以ZnO為前揭半導體 層材料者。 3 ·如申請專利範圍第1項之半導體元件，其中所述基 板材料係使用 ScMo3(ZnO)n，ScFe03(Zn0)n，ScGa03(Zn0)n ，InFe03(Zn0)n，InGa03(Zn0)n，In Αα〇3(ΖηΟ)η，Yb Ad 〇3(ZnO)n，或Lu Αα〇3(ΖηΟ)η中之任一種，而以ZnO為前揭半 導體層材料者。 4· 一種半導體元件，包括： 一一基板，係使用ScAi!Be04，ScBMg04，或ScBBe04，或 InA03(Mg0)n(於此A : Fe，Ga，Ail ; B : Μη，Co，Fe，Zn， C u，M g，C d )為基本構造的任一種材料者；及 形成於前揭基板上的半導體層，係使用GaN，，
    第25頁 483147
    修正 .太”竹省· ο ，♦ 5」如申請專利範圍第1項或第2項或第3項或第4 導體兀件，在所述基板與所述半導體層間，、更、 衝層，係由與前料導體層同樣組成 更y 一^ :渗入少量不純物，或不渗入不純物的絕緣= = 6.如申請專利範圍第5項之半導體元件， 衝層係使用可取1價價數的元素或v族元素ς I所述緩 緣性〜〇等絕緣性材料，或未經滲人的純粹2入的絕 緣性半導體形成者。 、、、彖性ΖηΟ等舜
    I 7.如申請專利範圍第1項或第2項或第3 導體元件，其更包含一使用與所述基板 、或弟4項之半 的絕緣層。 ’ 土本構造材料 8 ·如申請專利範圍第5項之半導體元件 使用與所述基板同樣基本構造材料的絕緣芦其更包含一 9 ·如申請專利範圍第6項之半導體元件胃° 使用與所述基板同樣基本構造材料的絕緣展’其更包含一 i 〇 •如申請專利範圍第1項或第2項或g ° 半導體元件’其更包含： 項或第4項之 一發光層，形成於該半導體層 同樣組成或構造的材料為基礎；及 一第二半導體層，形成於該發 體層同樣組成或構造的材料為基礎 通道。 上， 使用與 光層上，t $ & ，而邀嗲f用與該半導 …亥+導體層不同 該半導 體層
    第26頁 483147 1 正
    1W申/專利範圍第5項之半導體元件，a更勺人. 案號89104^ 六、申請專利範圍 nm 成於該半導體層上，使用歲；S二声 同樣組成或構造的材料為基礎；及 /、遠+ V肢層 一第二半導體層，形成於該發光上 … 體層同樣組成或構造的^、 吏用與該半導 通道。成…的材料為基礎，而與該半導體層不同 1 2·如申請專利範圍第6項之半導體元件，复 · -發光層，形成於該半導體層上，使用與該；二声 同樣組成或構造的材料為基礎；及 q 曰 Μ爲：！二半導體層，形成於該發光層上，使用盘該半導 =同樣組成或構造的材料為基#，而與該半；體層2 13.如申請專利範圍第7項之半導體元件，其更包含： —發光層，形成於該半導體層上，使用與該ϋ声 同樣組成或構造的材料為基礎；及 曰 一第一半導體層，形成於該發光層上，使用與該半導 體層同樣組成或構造的材料為基礎，而與該半導體層不同 通道。
    1 4 ·如申請專利範圍第1項或第2項或第3項或第4項之 半導體元件，其中所述發光層，係由（Mg，Ζη)0及ΖηΟ的多 層構造—，（Zn，Cd)0及ΖηΟ的多層構造，或（Mg，Ζη)0及 (Zn，Cd)0的多層構造中任一種所形成者。 1 5 ·如申請專利範圍第5項之半導體元件，其中所述發 光層，係由（Mg，Zn)〇及ΖηΟ的多層構造，（Zn，Cd)0及ΖηΟ
    第27頁 483147 —一 案號 89104896_年月日__優正 _ 六、申請專利範圍 的多層構造，或（Mg，Ζη)0及（Zn，Cd)0的多層構造中任一 種所形成者。 1 6 ·如申請專利範圍第6項之半導體元件，其中所述發 光層’係由（Mg，Ζη)0及ZnO的多層構造，（Zn，Cd)0及Zn〇 的多層構造，或（Mg，Zn)〇及（Zn，Cd)0的多層構造中任一 種所形成者。 1 7 ·如申請專利範圍第7項之半導體元件，其中所述發 光層’係由（Mg，Ζη)0及ZnO的多層構造，（Zn，Cd)〇及ZnO 的多層構造，或（Mg，Ζη)0及（Zn，Cd)0的多層構造中任一 種所形成者。 、，1 8 ·如申請專利範圍第1項或第2項或第3項或第4項之 半導體元件，其中所述半導體層為絕緣性半導體，更具有 形成於該半導體層上的輸入電極與輸出電極， 士 牲把。 丹有濾波 其中所述半 體層上的輸 其中所述半 體層上的輸 其中所述半 體層上的輸 1 9 ·如申請專利範圍第5項之半導體元件， 導體層為絕緣性半導體，更具有形成於該半導 入電極與輸出電極，且具有濾波特性。 $ 2 0 ·如申請專利範圍第6項之半導體元件， ^ =層為絕緣性半導體，更具有形成於該半導 入電極與輸出電極，且具有濾波特性。 _ 2丨·如申請專利範圍第7項之半導體元件， V =層為絕緣性半導體，更具有形成於該半導 入電極與輸出電極，且具有濾波特性。
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