WO2020261574A1 - Semiconductor film - Google Patents

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吉川 潤
守道 渡邊
福井 宏史
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日本碍子株式会社
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Abstract

The present invention provides an α-Ga2O3 semiconductor film which is capable of making the device characteristics uniform. This α-Ga2O3 semiconductor film has, as the main phase, a crystal having a corundum crystal structure that is composed of α-Ga2O3 or an α-Ga2O3-based solid solution. This semiconductor film has a circular shape that has a diameter of 5.08 cm (2 inches) or more, and if an X-ray diffraction (XRD) ϕ scanning measurement is performed with respect to the (104) plane of the crystal on the center point X of the surface and four points A, B, C and D on the outer periphery of the semiconductor film, the ratio of the peak intensity of a sub peak assigned to a rotation domain to the peak intensity of the main peak is 1.00% or less. The points A, B, C and D on the outer periphery are determined so that (i) the straight line connecting the points A and C on the outer periphery and the straight line connecting the points B and D on the outer periphery are at right angles to each other at the center point X, and (ii) the respective shortest distances of the points A, B, C and D on the outer periphery from the outer edge of the semiconductor film is 1/5 of the radium of the semiconductor film.

Description

半導体膜Semiconductor film
 本発明は、α-Ga系半導体膜に関する。 The present invention relates to an α-Ga 2 O 3 system semiconductor film.
 近年、酸化ガリウム(Ga)が半導体用材料として着目されている。酸化ガリウムはα、β、γ、δ及びεの5つの結晶形を有することが知られているが、この中で、準安定相であるα-Gaはバンドギャップが5.3eVと非常に大きく、パワー半導体用材料として期待を集めている。 In recent years, gallium oxide (Ga 2 O 3 ) has been attracting attention as a material for semiconductors. Gallium oxide is known to have five crystal forms of α, β, γ, δ and ε. Among them, α-Ga 2 O 3 which is a semi-stable phase has a band gap of 5.3 eV. It is very large and is expected as a material for power semiconductors.
 例えば、特許文献1(特開2014-72533号公報)には、コランダム型結晶構造を有する下地基板と、コランダム型結晶構造を有する半導体層と、コランダム型結晶構造を有する絶縁膜とを備えた半導体装置が開示されており、サファイア基板上に、半導体層としてα-Ga膜を形成した例が記載されている。また、特許文献2(特開2016-25256号公報)には、コランダム構造を有する結晶性酸化物半導体を主成分として含むn型半導体層と、六方晶の結晶構造を有する無機化合物を主成分とするp型半導体層と、電極とを備えた半導体装置が開示されている。この特許文献2の実施例には、c面サファイア基板上に、n型半導体層として準安定相であるコランダム構造を有するα-Ga膜を、p型半導体層として六方晶の結晶構造を有するα-Rh膜を形成して、ダイオードを作製することが開示されている。 For example, Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-72533) describes a semiconductor provided with a base substrate having a corundum-type crystal structure, a semiconductor layer having a corundum-type crystal structure, and an insulating film having a corundum-type crystal structure. The apparatus is disclosed, and an example in which an α-Ga 2 O 3 film is formed as a semiconductor layer on a sapphire substrate is described. Further, Patent Document 2 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-25256) contains an n-type semiconductor layer containing a crystalline oxide semiconductor having a corundum structure as a main component and an inorganic compound having a hexagonal crystal structure as a main component. A semiconductor device including a p-type semiconductor layer and an electrode is disclosed. The examples of Patent Document 2, on a c-plane sapphire substrate, the alpha-Ga 2 O 3 film having a corundum structure metastable phase as an n-type semiconductor layer, hexagonal as p-type semiconductor layer crystal structure It is disclosed that a diode is produced by forming an α-Rh 2 O 3 film having.
 ところで、α-Ga膜はコランダム型結晶構造を有するが、コランダム型結晶構造のc面は3回対称であるのに対し、c軸を回転軸として60°回転した回転ドメインが部分的に発生し、デバイス特性を悪化させてしまうという問題がある。この点、バッファ層の導入により回転ドメインの含有量が少ない膜を作製する手法が提案されている。例えば、特許文献3(特開2016-156073号公報)には、コランダム構造を有する酸化物を主成分とする第1の層と、アルミニウムを含む酸化物を主成分とする第2の層とが交互に積層された量子井戸構造が開示されており、かかる量子井戸構造が回転ドメイン及び反りを低減可能なバッファ層として有用であることが記載されている。また、特許文献4(特開2016-157878号公報)には、コランダム構造を有する酸化物半導体を主成分とし、回転ドメインの含有率が0.02体積%以下である、結晶性酸化物半導体膜が開示されており、特許文献3と同様の構成の量子井戸構造をバッファ層として用いることも記載されている。 By the way, the α-Ga 2 O 3 film has a corundum-type crystal structure, and while the c-plane of the corundum-type crystal structure is three-fold symmetric, the rotation domain rotated by 60 ° with the c-axis as the rotation axis is partially. There is a problem that it occurs in the device and deteriorates the device characteristics. In this regard, a method for producing a film having a low content of rotating domains by introducing a buffer layer has been proposed. For example, in Patent Document 3 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-156073), a first layer containing an oxide having a corundum structure as a main component and a second layer containing an oxide containing aluminum as a main component are provided. Quantum well structures stacked alternately are disclosed, and it is described that such quantum well structures are useful as a buffer layer capable of reducing rotational domains and warpage. Further, in Patent Document 4 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-157878), a crystalline oxide semiconductor film containing an oxide semiconductor having a corundum structure as a main component and having a rotation domain content of 0.02% by volume or less. Is disclosed, and it is also described that a quantum well structure having the same configuration as that of Patent Document 3 is used as a buffer layer.
特開2014-72533号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-72533 特開2016-25256号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-25256 特開2016-156073号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-156073 特開2016-157878号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-157878
 しかしながら、特許文献3及び4に開示されるような従来技術では、直径5.08cm(2インチ)以上の大口径の基板を用いてα-Ga膜を形成する場合、膜の中心部から外周部に至るまでの広範囲にわたって回転ドメインを実質的に含まないα-Ga系半導体膜を形成することは困難であった。 However, in the prior art as disclosed in Patent Documents 3 and 4, when an α-Ga 2 O 3 film is formed using a large-diameter substrate having a diameter of 5.08 cm (2 inches) or more, the central portion of the film is formed. It has been difficult to form an α-Ga 2 O 3 system semiconductor film that substantially does not contain a rotation domain over a wide range from to the outer peripheral portion.
 本発明者らは、今般、膜の中心部から外周部に至るまでの広範囲にわたって回転ドメインを実質的に含まないα-Ga系半導体膜を形成することができ、それによりα-Ga系半導体膜を用いて作製したデバイスの特性を均一化できるとの知見を得た。 The present inventors have now can form a substantially α-Ga 2 O 3 based semiconductor film that does not contain rotational domain over a wide range from the center of the film up to the outer peripheral portion, whereby alpha-Ga knowledge was obtained with characteristics of devices fabricated can be made uniform to using 2 O 3 based semiconductor film.
 したがって、本発明の目的は、デバイス特性を均一化可能なα-Ga系半導体膜を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an α-Ga 2 O 3 system semiconductor film capable of making device characteristics uniform.
 本発明の一態様によれば、α-Ga、又はα-Ga系固溶体で構成されるコランダム型結晶構造を有する結晶を主相とする半導体膜であって、
 前記半導体膜が直径5.08cm(2インチ)以上のサイズの円形状であり、
 前記半導体膜の表面の中心点X並びに4つの外周点A、B、C及びDの各々において、前記結晶の(104)面に対してX線回折(XRD)φスキャン測定を行った場合に、主ピークのピーク強度に対する、回転ドメインに起因する副ピークのピーク強度の割合が1.00%以下であり、
 前記外周点A、B、C及びDが、i)前記外周点A及び前記外周点Cを結ぶ直線と、前記外周点B及び前記外周点Dを結ぶ直線とが前記中心点Xで直角に交わり、かつ、ii)前記外周点A、B、C及びDの前記半導体膜の外縁からの各最短距離が前記半導体膜の半径の1/5となるように定められる、半導体膜が提供される。
According to one aspect of the present invention, a semiconductor film as a main phase crystals having alpha-Ga 2 O 3, or alpha-Ga 2 O corundum type crystal structure composed of three solid solution,
The semiconductor film has a circular shape with a diameter of 5.08 cm (2 inches) or more.
When X-ray diffraction (XRD) φ scan measurement is performed on the (104) plane of the crystal at each of the center point X and the four outer peripheral points A, B, C and D of the surface of the semiconductor film, The ratio of the peak intensity of the sub-peak due to the rotation domain to the peak intensity of the main peak is 1.00% or less.
The outer peripheral points A, B, C and D are i) The straight line connecting the outer peripheral point A and the outer peripheral point C and the straight line connecting the outer peripheral point B and the outer peripheral point D intersect at a right angle at the center point X. And ii) Provided is a semiconductor film in which the shortest distances of the outer peripheral points A, B, C and D from the outer edge of the semiconductor film are determined to be 1/5 of the radius of the semiconductor film.
 本発明の他の一態様によれば、直径5.08cm(φ2インチ)以上のサイズの円形状の支持基板と、前記支持基板上に形成された前記半導体膜とを備えた、複合材料が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a composite material comprising a circular support substrate having a diameter of 5.08 cm (φ2 inch) or more and the semiconductor film formed on the support substrate. Will be done.
本発明の半導体膜の表面における中心点X並びに4つの外周点A、B、C及びDの位置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the position of the center point X and four outer peripheral points A, B, C and D on the surface of the semiconductor film of this invention. ミストCVD(化学気相成長)装置の構成を示す模式断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the structure of the mist CVD (chemical vapor deposition) apparatus. エアロゾルデポジション(AD)装置の構成を示す模式断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the structure of an aerosol deposition (AD) apparatus. 例1~9で作製したショットキーバリアダイオードの層構成を示す模式断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the layer structure of the Schottky barrier diode produced in Examples 1-9.
 半導体膜
 本発明による半導体膜は、コランダム型結晶構造を有する結晶を主相とするものであり、このコランダム型結晶構造はα-Ga、又はα-Ga系固溶体で構成される。したがって、本発明による半導体膜は、α-Ga系半導体膜と称することができる。この半導体膜は直径5.08cm(2インチ)以上のサイズの円形状である。そして、半導体膜の表面の中心点X並びに4つの外周点A、B、C及びDの各々において、結晶の(104)面に対してX線回折(XRD)φスキャン測定を行った場合に、主ピークのピーク強度に対する、回転ドメインに起因する副ピークのピーク強度の割合が1.00%以下である。図1に示される半導体膜10のように、外周点A、B、C及びDは、i)外周点A及び外周点Cを結ぶ直線と、外周点B及び外周点Dを結ぶ直線とが中心点Xで直角に交わり、かつ、ii)外周点A、B、C及びDの半導体膜の外縁からの各最短距離が半導体膜の半径の1/5となるように定められる。このように互いに十分に離れた5点において回転ドメインに起因する副ピークのピーク強度の割合が1.00%以下であるα-Ga系半導体膜は、膜の中心部から外周部に至るまでの広範囲にわたって回転ドメインを実質的に含まない(回転ドメインの含有量が極度に少ない)ものということができ、かかる半導体膜を用いて作製したデバイスの特性を均一化することができる。「デバイスの特性を均一化」とは、同じ半導体膜の異なる箇所から複数のデバイスを作製した場合であっても、それにより得られる複数のデバイス間でデバイス特性のバラつきが少ない(デバイスが均質化されている)ことを意味する。前述したように、従来技術においては、直径5.08cm(2インチ)以上の大口径の基板を用いてα-Ga膜を形成する場合、膜の中心部から外周部に至るまでの広範囲にわたって回転ドメインを実質的に含まないα-Ga系半導体膜を形成することは困難であったが、本発明によればかかる問題を解消して、デバイスの特性を均一化可能とする程に広範囲にわたって回転ドメインを実質的に含まないα-Ga系半導体膜を提供することができる。
Semiconductor film The semiconductor film according to the present invention has a crystal having a corundum-type crystal structure as a main phase, and this corundum-type crystal structure is composed of an α-Ga 2 O 3 or an α-Ga 2 O 3 system solid solution. To. Therefore, the semiconductor film according to the present invention can be referred to as an α-Ga 2 O 3 system semiconductor film. This semiconductor film has a circular shape with a diameter of 5.08 cm (2 inches) or more. Then, when X-ray diffraction (XRD) φ scan measurement is performed on the (104) plane of the crystal at each of the center point X and the four outer peripheral points A, B, C and D of the surface of the semiconductor film, The ratio of the peak intensity of the sub-peak due to the rotation domain to the peak intensity of the main peak is 1.00% or less. Like the semiconductor film 10 shown in FIG. 1, the outer peripheral points A, B, C and D are centered on i) a straight line connecting the outer peripheral points A and the outer peripheral point C and a straight line connecting the outer peripheral points B and the outer peripheral point D. It is determined so that the points X intersect at right angles and ii) the shortest distances of the outer peripheral points A, B, C and D from the outer edge of the semiconductor film are 1/5 of the radius of the semiconductor film. Thus α-Ga 2 O 3 based semiconductor film is the ratio of the peak intensity of the secondary peak due to the rotation domains 1.00% or less in five points well away from each other, the outer peripheral portion from the central portion of the film It can be said that the rotation domain is substantially not contained (the content of the rotation domain is extremely low) over a wide range, and the characteristics of the device manufactured by using such a semiconductor film can be made uniform. “Homogeneous device characteristics” means that even when a plurality of devices are manufactured from different parts of the same semiconductor film, there is little variation in device characteristics among the plurality of devices obtained (device homogenization). It means that it has been done). As described above, in the prior art, when an α-Ga 2 O 3 film is formed using a large-diameter substrate having a diameter of 5.08 cm (2 inches) or more, the film extends from the central portion to the outer peripheral portion. It has been difficult to form an α-Ga 2 O 3 system semiconductor film that substantially does not contain a rotation domain over a wide range, but according to the present invention, such a problem can be solved and the characteristics of the device can be made uniform. It is possible to provide an α-Ga 2 O 3 system semiconductor film that substantially does not contain a rotating domain over a wide range.
 上述のとおり、本発明の半導体膜は、コランダム型結晶構造を有する結晶を主相とするものである。本明細書において「コランダム型結晶構造を有する結晶を主相とする」とは、コランダム型結晶構造を有する結晶が半導体膜の80重量%以上、好ましくは90重量%以上、より好ましくは95重量%以上、さらに好ましくは97重量%以上、特に好ましくは99重量%以上、最も好ましくは100重量%を占めていることを意味する。このコランダム型結晶構造はα-Ga、又はα-Ga系固溶体で構成される。α-Gaは、三方晶系の結晶群に属し、コランダム型結晶構造をとり、そのc面は3回対称である。また、α-Ga系固溶体は、α-Gaに他の成分が固溶したものであり、コランダム型結晶構造が維持されている。例えば、本発明の半導体膜は、α-Gaに、Cr、Fe、Ti、V、Ir、Rh、In及びAlからなる群から選択される1種以上の成分が固溶したα-Ga系固溶体で構成されるものとすることができる。これらの成分はいずれもコランダム型結晶構造を有し、かつ、互いに格子定数が比較的近い。したがって、これらの成分の金属原子は固溶体中で容易にGa原子を置換する。また、これらの成分を固溶させることで半導体膜のバンドギャップ、電気特性、及び/又は格子定数を制御することが可能となる。これらの成分の固溶量は所望の特性に合わせて適宜変更することができる。 As described above, the semiconductor film of the present invention has a crystal having a corundum-type crystal structure as a main phase. In the present specification, "having a crystal having a corundum-type crystal structure as a main phase" means that the crystal having a corundum-type crystal structure is 80% by weight or more, preferably 90% by weight or more, and more preferably 95% by weight of the semiconductor film. As described above, it means that it occupies 97% by weight or more, particularly preferably 99% by weight or more, and most preferably 100% by weight. This corundum-type crystal structure is composed of α-Ga 2 O 3 or α-Ga 2 O 3 system solid solution. α-Ga 2 O 3 belongs to a trigonal crystal group, has a corundum-type crystal structure, and its c-plane is three-fold symmetric. Further, the α-Ga 2 O 3 system solid solution is a solid solution of other components in α-Ga 2 O 3 , and the corundum type crystal structure is maintained. For example, the semiconductor film of the present invention contains α-Ga 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Ti 2 O 3 , V 2 O 3 , Ir 2 O 3 , Rh 2 O 3 , and In 2 O. It can be composed of an α-Ga 2 O 3 system solid solution in which one or more components selected from the group consisting of 3 and Al 2 O 3 are solid-dissolved. All of these components have a corundum-type crystal structure and have relatively close lattice constants to each other. Therefore, the metal atoms of these components easily replace Ga atoms in the solid solution. Further, by dissolving these components in solid solution, it becomes possible to control the band gap, electrical characteristics, and / or lattice constant of the semiconductor film. The solid solution amount of these components can be appropriately changed according to the desired characteristics.
 本発明の半導体膜は、直径5.08cm(2インチ)以上のサイズの円形状であり、10.0cm以上のサイズであってもよい。半導体膜のサイズの上限値は特に限定されないが、典型的には直径30.0cm以下、より典型的には直径20.0cm以下である。なお、本明細書において、「円形状」とは、完全な円形状である必要はなく、全体として概ね円形と認識されうる略円形状であってもよい。例えば、円形の一部が結晶方位の特定又はその他の目的のために切り欠かれた形状であってもよい。 The semiconductor film of the present invention has a circular shape having a diameter of 5.08 cm (2 inches) or more, and may have a size of 10.0 cm or more. The upper limit of the size of the semiconductor film is not particularly limited, but is typically 30.0 cm or less in diameter, and more typically 20.0 cm or less in diameter. In the present specification, the "circular shape" does not have to be a perfect circular shape, and may be a substantially circular shape that can be generally recognized as a circular shape. For example, a part of the circle may be cut out for the purpose of specifying the crystal orientation or for other purposes.
 本発明の半導体膜は、その表面の中心点X並びに4つの外周点A、B、C及びDの各々において、結晶の(104)面に対してX線回折(XRD)φスキャン測定を行った場合に、主ピークのピーク強度に対する、回転ドメインに起因する副ピークのピーク強度の割合が1.00%以下であり、好ましくは0.50%以下、より好ましくは0.10%以下である。デバイス特性の均一化の観点から、回転ドメインは少なければ少ない方が良いため、回転ドメインに起因する副ピークのピーク強度の割合の下限値は特に限定されず、理想的には0%である。 The semiconductor film of the present invention was subjected to X-ray diffraction (XRD) φ scan measurement on the (104) plane of the crystal at each of the center point X and the four outer peripheral points A, B, C and D of the surface thereof. In some cases, the ratio of the peak intensity of the sub-peak due to the rotation domain to the peak intensity of the main peak is 1.00% or less, preferably 0.50% or less, and more preferably 0.10% or less. From the viewpoint of homogenizing the device characteristics, the smaller the number of rotation domains, the better. Therefore, the lower limit of the ratio of the peak intensity of the sub-peak due to the rotation domain is not particularly limited, and is ideally 0%.
 本発明の半導体膜は、中心点Xで測定された主ピークのピーク強度に対する、回転ドメインに起因する副ピークのピーク強度の割合をI%とし、かつ、外周点A、B、C及びDで測定された主ピークのピーク強度に対する、回転ドメインに起因する副ピークのピーク強度の割合の算術平均値をI%とした場合に、|I-I|≦0.20の関係を満たすことが好ましく、より好ましくは|I-I|≦0.10、さらに好ましくは|I-I|≦0.05の関係を満たし、最も好ましくは|I-I|=0の関係を満たす。これらの関係は、半導体膜の中心部と外周部で回転ドメインの含有量の差が小さいことを意味することから、デバイス特性の均一化をより効果的に実現することができる。 In the semiconductor film of the present invention, the ratio of the peak intensity of the sub-peak due to the rotation domain to the peak intensity of the main peak measured at the center point X is IX %, and the outer peripheral points A, B, C and D in to the peak intensity of the measured main peak, the arithmetic mean value of the ratio of the peak intensity of the secondary peak due to the rotation domain when the I M%, | a relationship ≦ 0.20 | I X -I M it is preferable to satisfy, more preferably | I X -I M | ≦ 0.10 , more preferably | satisfies the relationship of ≦ 0.05, and most preferably | | I X -I M I X -I M | = Satisfy the relationship of 0. Since these relationships mean that the difference in the content of the rotating domain is small between the central portion and the outer peripheral portion of the semiconductor film, it is possible to more effectively achieve uniform device characteristics.
 デバイス特性の均一化の観点から、本発明の半導体膜は、中心点X並びに外周点A、B、C及びDで測定された膜厚の算術平均値が2.0μm以上であるのが好ましく、より好ましくは3.0μm以上、さらに好ましくは5.0μm以上である。このように膜厚が大きいと、デバイス作製時のクラック発生によるデバイス特性の悪化を回避でき、デバイス特性の均一化をより効果的に実現することができる。従来、膜厚を大きくしようとすると回転ドメインが特に発生し易く、膜厚の増大と回転ドメインの低減の両立は困難であったところ、本発明の半導体膜によればそのような問題を伴うことなく膜厚を大きくすることができる。膜厚の上限は特に限定されず、コスト面及び要求される特性の観点から適宜調整すればよいが、例えば50μm以下、20μm以下又は10μm以下である。自立した半導体膜が必要な場合は厚い膜とすればよく、このような観点からは、例えば50μm以上、又は100μm以上であり、コスト面の制限がない限り特に上限はない。 From the viewpoint of homogenizing the device characteristics, the semiconductor film of the present invention preferably has an arithmetic mean value of the film thickness measured at the center point X and the outer peripheral points A, B, C and D of 2.0 μm or more. It is more preferably 3.0 μm or more, still more preferably 5.0 μm or more. When the film thickness is large as described above, it is possible to avoid deterioration of the device characteristics due to the occurrence of cracks during device fabrication, and it is possible to more effectively achieve uniform device characteristics. Conventionally, when trying to increase the film thickness, a rotation domain is particularly likely to occur, and it is difficult to achieve both an increase in the film thickness and a decrease in the rotation domain. However, the semiconductor film of the present invention has such a problem. The film thickness can be increased. The upper limit of the film thickness is not particularly limited and may be appropriately adjusted from the viewpoint of cost and required characteristics, but is, for example, 50 μm or less, 20 μm or less, or 10 μm or less. When a self-supporting semiconductor film is required, a thick film may be used. From this point of view, it is, for example, 50 μm or more, or 100 μm or more, and there is no particular upper limit unless there is a cost limitation.
 本発明の半導体膜は、中心点X並びに外周点A、B、C及びDで測定された体積抵抗率がいずれも0.10Ω・cm以下であるのが好ましく、より好ましくは0.0001~0.10Ω・cm、さらに好ましくは0.0005~0.05Ω・cm、特に好ましくは0.001~0.03Ω・cmである。このように、膜の中心部から外周部に至るまでの広範囲にわたって体積抵抗率が低いことで、デバイス特性の均一化をより効果的に実現することができる。従来、体積抵抗率を下げようとすると回転ドメインが特に発生し易く、体積抵抗率の低下と回転ドメインの低減の両立は困難であったところ、本発明の半導体膜によればそのような問題を伴うことなく体積抵抗率を低くすることができる。 The semiconductor film of the present invention preferably has a volume resistivity of 0.10 Ω · cm or less, more preferably 0.0001 to 0, as measured at the center point X and the outer peripheral points A, B, C and D. It is .10 Ω · cm, more preferably 0.0005 to 0.05 Ω · cm, and particularly preferably 0.001 to 0.03 Ω · cm. As described above, the low volume resistivity over a wide range from the central portion to the outer peripheral portion of the film makes it possible to more effectively achieve uniform device characteristics. Conventionally, when trying to reduce the volume resistivity, a rotational domain is particularly likely to occur, and it has been difficult to achieve both a decrease in the volume resistivity and a reduction in the rotational domain. However, the semiconductor film of the present invention solves such a problem. The volume resistivity can be lowered without accompanying.
 本発明の半導体膜は、中心点X並びに外周点A、B、C及びDで測定された体積抵抗率の最大値Rmaxと最小値Rminが、[(Rmax-Rmin)/Rmax]≦0.20の関係を満たすのが好ましく、より好ましくは[(Rmax-Rmin)/Rmax]≦0.10、さらに好ましくは[(Rmax-Rmin)/Rmax]≦0.05、理想的には[(Rmax-Rmin)/Rmax]=0の関係を満たす。このように、膜の中心部から外周部に至るまでの広範囲にわたって体積抵抗率のバラつきが小さいことで、デバイス特性の均一化をより効果的に実現することができる。 In the semiconductor film of the present invention, the maximum value R max and the minimum value R min of the volume resistivity measured at the center point X and the outer peripheral points A, B, C and D are set to [(R max −R min ) / R max. ] ≤ 0.20, more preferably [(R max −R min ) / R max ] ≦ 0.10, and even more preferably [(R max −R min ) / R max ] ≦ 0. 0.05, ideally satisfying the relationship [(R max −R min ) / R max ] = 0. As described above, since the variation in volume resistivity is small over a wide range from the central portion to the outer peripheral portion of the film, it is possible to more effectively achieve uniform device characteristics.
 本発明の半導体膜は、ドーパントとして14族元素を含むことができる。ここで、14族元素はIUPAC(国際純正・応用化学連合)が策定した周期律表による第14族元素のことであり、具体的には、炭素(C)、珪素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、錫(Sn)及び鉛(Pb)のいずれかの元素である。半導体膜におけるドーパント(14族元素)の含有量は、好ましくは1.0×1016~1.0×1021/cm、より好ましくは1.0×1017~1.0×1019/cmである。これらのドーパントは膜中に均質に分布し、半導体膜の表面と裏面のドーパント濃度は同程度であることが好ましい。従来、ドーパントを添加すると回転ドメインが特に発生し易く、ドーパントの添加と回転ドメインの低減の両立は困難であったところ、本発明の半導体膜によればそのような問題を伴うことなくドーパントを添加することができる。 The semiconductor film of the present invention can contain a Group 14 element as a dopant. Here, the Group 14 element is the Group 14 element according to the periodic table formulated by the IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry). Specifically, carbon (C), silicon (Si), and germanium (Ge). ), Tin (Sn) and lead (Pb). The content of the dopant (Group 14 element) in the semiconductor film is preferably 1.0 × 10 16 to 1.0 × 10 21 / cm 3 , more preferably 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 /. It is cm 3 . It is preferable that these dopants are uniformly distributed in the film and the dopant concentrations on the front surface and the back surface of the semiconductor film are about the same. Conventionally, when a dopant is added, a rotational domain is particularly likely to be generated, and it is difficult to achieve both the addition of the dopant and the reduction of the rotational domain. However, according to the semiconductor film of the present invention, the dopant is added without such a problem. can do.
 本発明の半導体膜は、膜単独の自立膜の形態であってもよいし、支持基板上に形成されたものであってもよい。後者の場合、本発明の半導体膜は、直径5.08cm(2インチ)以上のサイズの円形状の支持基板上に形成されたものであるのが好ましい。すなわち、本発明の好ましい態様によれば、直径5.08cm(2インチ)以上のサイズの円形状の支持基板と、支持基板上に形成された半導体膜とを備えた、複合材料が提供される。支持基板のサイズは、半導体膜のサイズと同様、10.0cm以上のサイズであってもよく、上限値は特に限定されないが、典型的には直径30.0cm以下、より典型的には直径20.0cm以下である。 The semiconductor film of the present invention may be in the form of a self-supporting film of the film alone, or may be formed on a support substrate. In the latter case, the semiconductor film of the present invention is preferably formed on a circular support substrate having a diameter of 5.08 cm (2 inches) or more. That is, according to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a composite material including a circular support substrate having a diameter of 5.08 cm (2 inches) or more and a semiconductor film formed on the support substrate. .. The size of the support substrate may be 10.0 cm or more, like the size of the semiconductor film, and the upper limit is not particularly limited, but is typically 30.0 cm or less in diameter, and more typically 20 in diameter. It is 0.0 cm or less.
 支持基板は、コランダム構造を有し、c軸及びa軸の二軸に配向した基板(二軸配向基板)が好ましい。支持基板にコランダム構造を有する二軸配向基板を用いることで、半導体膜がヘテロエピタキシャル成長するための種結晶を兼ねることが可能となる。二軸配向基板は、多結晶やモザイク結晶(結晶方位が若干ずれた結晶の集合)であってもよいし、サファイア、Cr等の単結晶であってもよい。コランダム構造を有する限り、単一の材料で構成されるものでもよいし、複数の材料の固溶体であってもよい。支持基板の主成分は、α-Cr、α-Fe、α-Ti、α-V、α-Rh、及びα-Alからなる群から選択される材料、又はα-Al、α-Cr、α-Fe、α-Ti、α-V、及びα-Rhからなる群から選択される2種以上を含む固溶体が好ましい。中でも、熱伝導性に優れ、大面積かつ高品位の基板を商業的に入手しやすい点ではサファイア(α-Al単結晶)が特に好ましく、結晶欠陥低減の観点からはα-Cr、又はα-Crと異種材料との固溶体が特に好ましい。 The support substrate preferably has a corundum structure and is oriented in two axes of the c-axis and the a-axis (biaxially oriented substrate). By using a biaxially oriented substrate having a corundum structure as the support substrate, it is possible to serve as a seed crystal for heteroepitaxial growth of the semiconductor film. The biaxially oriented substrate may be a polycrystal or a mosaic crystal (a set of crystals whose crystal orientations are slightly deviated), or may be a single crystal such as sapphire or Cr 2 O 3 . As long as it has a corundum structure, it may be composed of a single material or a solid solution of a plurality of materials. The main components of the support substrate are α-Cr 2 O 3 , α-Fe 2 O 3 , α-Ti 2 O 3 , α-V 2 O 3 , α-Rh 2 O 3 , and α-Al 2 O 3. Materials selected from the group consisting of α-Al 2 O 3 , α-Cr 2 O 3 , α-Fe 2 O 3 , α-Ti 2 O 3 , α-V 2 O 3 , and α-Rh 2 O. A solid solution containing two or more selected from the group consisting of 3 is preferable. Among them, sapphire (α-Al 2 O 3 single crystal) is particularly preferable in that it has excellent thermal conductivity and a large-area and high-quality substrate is easily available commercially, and α-Cr 2 is particularly preferable from the viewpoint of reducing crystal defects. O 3, or a solid solution of α-Cr 2 O 3 and heterogeneous materials are especially preferred.
 また、支持基板兼ヘテロエピタキシャル成長用の種結晶として、サファイア、Cr等のコランダム単結晶上に、サファイアよりも大きいa軸長及び/又はc軸長を有するコランダム型結晶構造を有する材料で構成された配向層を形成した複合下地基板も用いることができる。配向層は、α-Cr、α-Fe、α-Ti、α-V、及びα-Rhからなる群から選択される材料、又はα-Al、α-Cr、α-Fe、α-Ti、α-V、及びα-Rhからなる群から選択される2種以上を含む固溶体を含む。 Further, as a seed crystal for the support substrate and heteroepitaxial growth, sapphire, on corundum single crystal such as Cr 2 O 3, a material having a corundum type crystal structure having a-axis length and / or c-axis length larger than the sapphire A composite base substrate on which the configured alignment layer is formed can also be used. The alignment layer is a material selected from the group consisting of α-Cr 2 O 3 , α-Fe 2 O 3 , α-Ti 2 O 3 , α-V 2 O 3 , and α-Rh 2 O 3 , or α. -Al 2 O 3 , α-Cr 2 O 3 , α-Fe 2 O 3 , α-Ti 2 O 3 , α-V 2 O 3 , and α-Rh 2 O 3 selected from the group. Includes a solid solution containing the above.
 また、成膜用下地基板上に作製した半導体膜を分離し、別の支持基板に転載してもよい。別の支持基板の材質は特に限定はないが、材料物性の観点から好適なものを選択すればよい。例えば、熱伝導率の観点では、Cu等の金属基板、SiC、AlN等のセラミックス基板等が好ましい。また、25~400℃での熱膨張率が6~13ppm/Kである基板を用いるのも好ましい。このような熱膨張率を有する支持基板を用いることで、半導体膜との熱膨張差を小さくすることができ、その結果、熱応力による半導体膜中のクラック発生や膜剥がれ等を抑制できる。このような支持基板の例としては、Cu-Mo複合金属で構成される基板が挙げられる。CuとMoの複合比率は、半導体膜との熱膨張率マッチング、熱伝導率、導電率等を勘案して、適宜選択することができる。 Alternatively, the semiconductor film formed on the film-forming substrate may be separated and reprinted on another support substrate. The material of the other support substrate is not particularly limited, but a suitable material may be selected from the viewpoint of material physical characteristics. For example, from the viewpoint of thermal conductivity, a metal substrate such as Cu, a ceramic substrate such as SiC or AlN, or the like is preferable. It is also preferable to use a substrate having a coefficient of thermal expansion of 6 to 13 ppm / K at 25 to 400 ° C. By using a support substrate having such a coefficient of thermal expansion, the difference in thermal expansion from the semiconductor film can be reduced, and as a result, cracks and peeling of the semiconductor film due to thermal stress can be suppressed. An example of such a support substrate is a substrate made of a Cu—Mo composite metal. The composite ratio of Cu and Mo can be appropriately selected in consideration of the coefficient of thermal expansion matching with the semiconductor film, the thermal conductivity, the conductivity and the like.
 半導体膜の製造方法
 本発明の半導体膜は、下地基板としてサファイア基板又は複合下地基板を用いて、その上(複合下地基板の場合は配向層上)にα-Ga系材料を成膜することにより製造することができる。半導体層の形成手法は公知の手法が可能であるが、好ましい例としては、ミストCVD法(ミスト化学気相成長法)、HVPE法(ハライド気相成長法)、及びMBE法(分子線エピタキシー法)が挙げられ、ミストCVD法又はHVPE法が特に好ましい。膜の中心部から外周部に至るまでの広範囲にわたって回転ドメインを実質的に含まないα-Ga系半導体膜は、サファイア基板を回転させながら成膜を行うか、又は複合下地基板を用いることにより実現することができる。
Semiconductor film manufacturing method of the present invention the semiconductor film, using a sapphire substrate or a composite base substrate as a base substrate, forming a α-Ga 2 O 3 based material thereon (alignment layer in the case of a composite base substrate) It can be manufactured by doing so. Known methods are possible for forming the semiconductor layer, but preferred examples are the mist CVD method (mist chemical vapor deposition method), the HVPE method (halide vapor deposition method), and the MBE method (molecular beam epitaxy method). ), And the mist CVD method or the HVPE method is particularly preferable. Α-Ga 2 O 3 based semiconductor film containing no rotating domain substantially over a wide range up to the outer peripheral portion from the central portion of the film, or the film is formed while rotating the sapphire substrate, or a composite base substrate It can be realized by this.
 すなわち、下地基板としてサファイア基板を用いる場合は、後述する図2に示される装置のように、基板36を面内方向に回転させながら成膜を実施する。このとき、適切な条件を設定することで、より大きな基板サイズや膜厚でも回転ドメインを含まないようにすることが可能となる。基板を回転させて遠心力を生じさせることで、基板36近傍の気流を、膜均一性をもたらすように好都合に制御することができる。 That is, when a sapphire substrate is used as the substrate, the film is formed while rotating the substrate 36 in the in-plane direction as in the apparatus shown in FIG. 2 described later. At this time, by setting appropriate conditions, it is possible to prevent the rotation domain from being included even with a larger substrate size and film thickness. By rotating the substrate to generate centrifugal force, the airflow in the vicinity of the substrate 36 can be conveniently controlled so as to bring about membrane uniformity.
 一方、下地基板として複合下地基板を用いる場合には、必ずしも基板を回転させながら成膜を行う必要はないが、回転させてもよい。いずれにしても、適切な回転条件及び/又は成膜条件を設定することで、より大きな基板サイズ、厚い膜厚、又は低い抵抗率でも回転ドメインを含まないようにすることが可能となる。 On the other hand, when a composite substrate is used as the substrate, it is not always necessary to rotate the substrate to form a film, but it may be rotated. In any case, by setting appropriate rotation conditions and / or film formation conditions, it is possible to prevent the rotation domain from being included even with a larger substrate size, a thick film thickness, or a low resistivity.
 以下、特に好ましい成膜方法の一つであるミストCVD法について説明する。 Hereinafter, the mist CVD method, which is one of the particularly preferable film forming methods, will be described.
 ミストCVD法は、原料溶液を霧化又は液滴化してミスト又は液滴を発生させ、キャリアガスを用いてミスト又は液滴を基板を備えた成膜室に搬送し、成膜室内でミスト又は液滴を熱分解及び化学反応させて基板上に膜を形成及び成長させる手法であり、真空プロセスを必要とせず、短時間で大量のサンプルを作製することができる。図2にミストCVD装置の一例を示す。図2に示されるミストCVD装置20は、キャリアガスG及び原料溶液LからミストMを発生させるミスト発生室22と、ミストMを基板36に吹き付けて熱分解及び化学反応を経て半導体膜38を形成する成膜室30とを有する。ミスト発生室22は、キャリアガスGが導入されるキャリアガス導入口24と、ミスト発生室22内に設けられる超音波振動子26と、ミスト発生室22内で発生したミストMを成膜室30に搬送するダクト28とを備えている。ミスト発生室22内には原料溶液Lが収容される。超音波振動子26は、原料溶液Lに超音波振動を与えてキャリアガスGと共にミストMを発生できるように構成される。成膜室30は、ダクト28を介して導入されるミストMを基板36に吹き付けるためのノズル32と、基板36が固定される回転ステージ34と、回転ステージ34の裏面近傍に設けられて回転ステージ34及び基板36を加熱するためのヒータ42と、キャリアガスGを排出するための排気口44とを備える。回転ステージ34はミストMを基板36に吹き付ける際に面内方向に回転可能に構成される。かかる構成により基板36を回転させながら半導体膜38を形成することによって、直径5.08cm(2インチ)以上の大口径の基板を用いて半導体膜38を形成する場合においても、膜の中心部から外周部に至るまでの広範囲にわたって回転ドメインを実質的に含まないα-Ga系半導体膜を形成することができる。 In the mist CVD method, the raw material solution is atomized or dropletized to generate mist or droplets, and the mist or droplet is conveyed to a film forming chamber equipped with a substrate using a carrier gas, and the mist or droplet is transferred in the film forming chamber. It is a method of forming and growing a film on a substrate by thermally decomposing and chemically reacting droplets, and it is possible to prepare a large amount of samples in a short time without requiring a vacuum process. FIG. 2 shows an example of a mist CVD apparatus. The mist CVD apparatus 20 shown in FIG. 2 forms a semiconductor film 38 through a mist generation chamber 22 that generates mist M from a carrier gas G and a raw material solution L, and a mist M that is sprayed onto a substrate 36 through thermal decomposition and a chemical reaction. It has a film forming chamber 30 to be formed. The mist generation chamber 22 contains a carrier gas introduction port 24 into which the carrier gas G is introduced, an ultrasonic vibrator 26 provided in the mist generation chamber 22, and a mist M generated in the mist generation chamber 22 in a film forming chamber 30. It is provided with a duct 28 for transporting to. The raw material solution L is housed in the mist generation chamber 22. The ultrasonic vibrator 26 is configured to be able to generate mist M together with the carrier gas G by applying ultrasonic vibration to the raw material solution L. The film forming chamber 30 is provided with a nozzle 32 for spraying the mist M introduced through the duct 28 onto the substrate 36, a rotary stage 34 to which the substrate 36 is fixed, and a rotary stage near the back surface of the rotary stage 34. A heater 42 for heating the 34 and the substrate 36, and an exhaust port 44 for discharging the carrier gas G are provided. The rotary stage 34 is configured to be rotatable in the in-plane direction when the mist M is sprayed onto the substrate 36. By forming the semiconductor film 38 while rotating the substrate 36 with such a configuration, even when the semiconductor film 38 is formed using a large-diameter substrate having a diameter of 5.08 cm (2 inches) or more, the semiconductor film 38 is formed from the center of the film. It is possible to form an α-Ga 2 O 3 system semiconductor film that substantially does not contain a rotation domain over a wide range up to the outer peripheral portion.
 ミストCVD法に用いる原料溶液Lとしては、α-Ga系半導体膜が得られる溶液であれば、限定されるものではないが、例えば、Ga及び/又はGaと固溶体を形成する金属の有機金属錯体やハロゲン化物を溶媒に溶解させたものが挙げられる。有機金属錯体の例としては、アセチルアセトナート錯体が挙げられる。また、半導体層にドーパントを加える場合には、原料溶液にドーパント成分の溶液を加えてもよい。さらに、原料溶液には塩酸等の添加剤を加えてもよい。溶媒としては水やアルコール等を使用することができる。 The raw material solution L used in the mist CVD method is not limited as long as it is a solution that can obtain an α-Ga 2 O 3 system semiconductor film, but is, for example, a metal that forms a solid solution with Ga and / or Ga. Examples thereof include those obtained by dissolving an organic metal complex or a halide in a solvent. Examples of organometallic complexes include acetylacetonate complexes. When adding a dopant to the semiconductor layer, a solution of the dopant component may be added to the raw material solution. Further, an additive such as hydrochloric acid may be added to the raw material solution. Water, alcohol or the like can be used as the solvent.
 次に、得られた原料溶液Lを霧化又は液滴化してミストM又は液滴を発生させる。霧化又は液滴化する方法の好ましい例としては、超音波振動子26を用いて原料溶液Lを振動させる手法が挙げられる。その後、得られたミストM又は液滴を、キャリアガスGを用いて成膜室30に搬送する。キャリアガスGとしては特に限定されるものではないが、酸素、オゾン、窒素等の不活性ガス、及び水素等の還元ガスの一種又は二種以上を用いることができる。 Next, the obtained raw material solution L is atomized or dropletized to generate mist M or droplets. A preferred example of the method of atomizing or atomizing is a method of vibrating the raw material solution L using the ultrasonic vibrator 26. Then, the obtained mist M or droplets is conveyed to the film forming chamber 30 using the carrier gas G. The carrier gas G is not particularly limited, but one or more of an inert gas such as oxygen, ozone and nitrogen, and a reducing gas such as hydrogen can be used.
 成膜室30には基板36が備えられている。成膜室30に搬送されたミストM又は液滴は、そこで熱分解及び化学反応されて、基板36上に半導体膜38を形成する。反応温度は原料溶液Lの種類に応じて異なるが、好ましくは300~800℃、より好ましくは400~700℃である。また、成膜室30内の雰囲気は、所望の半導体膜が得られる限り特に限定されるものではなく、典型的には、酸素ガス雰囲気、不活性ガス雰囲気、真空雰囲気、還元雰囲気、及び大気雰囲気のいずれかから選択される。 The film forming chamber 30 is provided with a substrate 36. The mist M or droplets conveyed to the film forming chamber 30 are thermally decomposed and chemically reacted there to form a semiconductor film 38 on the substrate 36. The reaction temperature varies depending on the type of the raw material solution L, but is preferably 300 to 800 ° C, more preferably 400 to 700 ° C. The atmosphere in the film forming chamber 30 is not particularly limited as long as a desired semiconductor film can be obtained, and typically, an oxygen gas atmosphere, an inert gas atmosphere, a vacuum atmosphere, a reducing atmosphere, and an air atmosphere. It is selected from one of.
 このようにして得られた半導体膜は、そのままの形態又は分割して半導体素子とすることが可能である。あるいは、半導体膜を複合下地基板から剥離して膜単体の形態としてもよい。この場合、複合下地基板からの剥離を容易にするために、複合下地基板の配向層表面(成膜面)に予め剥離層を設けたものを用いてもよい。このような剥離層は、複合下地基板表面にC注入層やH注入層を設けたものが挙げられる。また、半導体膜の成膜初期にCやHを膜中に注入させ、半導体膜側に剥離層を設けてもよい。さらに、複合下地基板上に成膜された半導体膜の表面(すなわち複合下地基板とは反対側の面)に複合下地基板とは異なる支持基板(実装基板)を接着及び接合し、その後、半導体膜から複合下地基板を剥離除去することも可能である。このような支持基板(実装基板)として、25~400℃での熱膨張率が6~13ppm/Kであるもの、例えばCu-Mo複合金属で構成される基板を用いることができる。また、半導体膜と支持基板(実装基板)を接着及び接合する手法の例としては、ロウ付け、半田、固相接合等の公知の手法を挙げることができる。さらに、半導体膜と支持基板との間に、オーミック電極、ショットキー電極等の電極、又は接着層等の他の層を設けてもよい。 The semiconductor film thus obtained can be formed as it is or divided into semiconductor elements. Alternatively, the semiconductor film may be peeled off from the composite substrate to form a single film. In this case, in order to facilitate peeling from the composite base substrate, a peeling layer may be provided in advance on the alignment layer surface (deposition surface) of the composite base substrate. Examples of such a release layer include those provided with a C injection layer and an H injection layer on the surface of the composite substrate. Further, C or H may be injected into the film at the initial stage of film formation of the semiconductor film to provide a release layer on the semiconductor film side. Further, a support substrate (mounting substrate) different from the composite substrate is adhered and bonded to the surface of the semiconductor film formed on the composite substrate (that is, the surface opposite to the composite substrate), and then the semiconductor film is formed. It is also possible to peel off the composite substrate from the substrate. As such a support substrate (mounting substrate), a substrate having a coefficient of thermal expansion at 25 to 400 ° C. of 6 to 13 ppm / K, for example, a substrate composed of a Cu—Mo composite metal can be used. Further, as an example of the method of adhering and bonding the semiconductor film and the support substrate (mounting substrate), known methods such as brazing, soldering, and solid phase bonding can be mentioned. Further, an electrode such as an ohmic electrode or a Schottky electrode, or another layer such as an adhesive layer may be provided between the semiconductor film and the support substrate.
 複合下地基板の製造方法
 上述した複合下地基板は、(a)サファイア基板を準備し、(b)所定の配向前駆体層を作製し、(c)サファイア基板上で配向前駆体層を熱処理してその少なくともサファイア基板近くの部分を配向層に変換し、所望により(d)研削や研磨等の加工を施して配向層の表面を露出させることにより好ましく製造することができる。この配向前駆体層は熱処理により配向層となるものであり、a軸長及び/又はc軸長がサファイアより大きいコランダム型結晶構造を有する材料、あるいは後述する熱処理によってa軸長及び/又はc軸長がサファイアより大きいコランダム型結晶構造となる材料を含む。また、配向前駆体層はコランダム型結晶構造を有する材料の他に、微量成分を含んでいてもよい。このような製造方法によれば、サファイア基板を種結晶として配向層の成長を促すことができる。すなわち、サファイア基板の単結晶特有の高い結晶性と結晶配向方位が配向層に引き継がれる。
Method for manufacturing composite base substrate For the above-mentioned composite base substrate, (a) a sapphire substrate is prepared, (b) a predetermined orientation precursor layer is prepared, and (c) the orientation precursor layer is heat-treated on the sapphire substrate. It can be preferably produced by converting at least a portion near the sapphire substrate into an alignment layer and, if desired, performing processing such as (d) grinding or polishing to expose the surface of the alignment layer. This alignment precursor layer becomes an alignment layer by heat treatment, and is a material having a corundum-type crystal structure whose a-axis length and / or c-axis length is larger than sapphire, or a-axis length and / or c-axis by heat treatment described later. Includes materials with a corundum-type crystal structure longer than sapphire. Further, the orientation precursor layer may contain trace components in addition to the material having a corundum-type crystal structure. According to such a manufacturing method, the growth of the alignment layer can be promoted by using the sapphire substrate as a seed crystal. That is, the high crystallinity and crystal orientation orientation peculiar to a single crystal of a sapphire substrate are inherited by the alignment layer.
(a)サファイア基板の準備
 下地基板を作製するには、まず、サファイア基板を準備する。用いるサファイア基板は、いずれの方位面を有するものであってもよい。すなわち、a面、c面、r面、m面を有するものであってもよく、これらの面に対して所定のオフ角を有するものであってもよい。例えばc面サファイアを用いた場合、表面に対してc軸配向しているため、その上に、容易にc軸配向させた配向層をヘテロエピタキシャル成長させることが可能となる。また、電気特性を調整するために、ドーパントを加えたサファイア基板を用いることも可能である。このようなドーパントとしては公知のものが使用可能である。
(A) Preparation of sapphire substrate To prepare a base substrate, first, a sapphire substrate is prepared. The sapphire substrate used may have any orientation plane. That is, it may have a-plane, c-plane, r-plane, and m-plane, and may have a predetermined off-angle with respect to these planes. For example, when c-plane sapphire is used, since it is c-axis oriented with respect to the surface, it is possible to easily heteroepitaxially grow an oriented layer oriented c-axis on it. It is also possible to use a sapphire substrate to which a dopant has been added in order to adjust the electrical characteristics. Known dopants can be used as such dopants.
(b)配向前駆体層の作製
 a軸長及び/又はc軸長がサファイアより大きいコランダム型結晶構造を有する材料、又は熱処理によってa軸長及び/又はc軸長がサファイアより大きいコランダム型結晶構造となる材料を含む配向前駆体層を作製する。配向前駆体層を形成する方法は特に限定されず、公知の手法が採用可能である。配向前駆体層を形成する方法の例としては、AD(エアロゾルデポジション)法、ゾルゲル法、水熱法、スパッタリング法、蒸着法、各種CVD(化学気相成長)法、PLD法、CVT(化学気相輸送)法、昇華法等が挙げられる。CVD法の例としては、熱CVD法、プラズマCVD法、ミストCVD法、MO(有機金属)CVD法等が挙げられる。あるいは、配向前駆体の成形体を予め作製し、この成形体をサファイア基板上に載置する手法であってもよい。このような成形体は、配向前駆体の材料を、テープ成形又はプレス成形等の手法で成形することで作製可能である。また、配向前駆体層として予め各種CVD法や焼結等で作製した多結晶体を使用し、サファイア基板上に載置する方法も用いることができる。
(B) Preparation of orientation precursor layer A material having a corundum-type crystal structure whose a-axis length and / or c-axis length is larger than sapphire, or a corundum-type crystal structure whose a-axis length and / or c-axis length is larger than sapphire by heat treatment. An orientation precursor layer containing the material to be used is prepared. The method for forming the orientation precursor layer is not particularly limited, and a known method can be adopted. Examples of methods for forming the orientation precursor layer include AD (aerosol deposition) method, sol-gel method, hydrothermal method, sputtering method, thin-film deposition method, various CVD (chemical vapor deposition) methods, PLD method, and CVT (chemical vapor deposition) method. Examples include the vapor deposition method and the sublimation method. Examples of the CVD method include a thermal CVD method, a plasma CVD method, a mist CVD method, an MO (organic metal) CVD method, and the like. Alternatively, a method may be used in which a molded product of the orientation precursor is prepared in advance and the molded product is placed on a sapphire substrate. Such a molded product can be produced by molding the material of the orientation precursor by a method such as tape molding or press molding. Further, it is also possible to use a method in which a polycrystal prepared in advance by various CVD methods or sintering is used as the orientation precursor layer and placed on a sapphire substrate.
 しかしながら、エアロゾルデポジション(AD)法、各種CVD法、又はスパッタリング法が好ましい。これらの方法を用いることで緻密な配向前駆体層を比較的短時間で形成することが可能となり、サファイア基板を種結晶としたヘテロエピタキシャル成長を生じさせることが容易になる。特に、AD法は高真空のプロセスを必要とせず、成膜速度も相対的に速いため、製造コストの面でも好ましい。スパッタリング法を用いる場合は、配向前駆体層と同材料のターゲットを用いて成膜することも可能であるが、金属ターゲットを使用し、酸素雰囲気下で成膜する反応性スパッタ法も用いることができる。予め作製した成形体をサファイア上に載置する手法も簡易な手法として好ましいが、配向前駆体層が緻密ではないため、後述する熱処理工程において緻密化するプロセスを必要とする。配向前駆体層として予め作製した多結晶体を用いる手法では、多結晶体を作製する工程と、サファイア基板上で熱処理する工程の二つが必要となる。また、多結晶体とサファイア基板の密着性を高めるため、多結晶体の表面を十分に平滑にしておく等の工夫も必要である。いずれの手法も公知の条件を用いることができるが、AD法を用いて配向前駆体層を直接形成する手法と、予め作製した成形体をサファイア基板上に載置する手法について、以下に説明する。 However, the aerosol deposition (AD) method, various CVD methods, or sputtering methods are preferable. By using these methods, it is possible to form a dense orientation precursor layer in a relatively short time, and it becomes easy to cause heteroepitaxial growth using a sapphire substrate as a seed crystal. In particular, the AD method does not require a high vacuum process and has a relatively high film formation rate, and is therefore preferable in terms of manufacturing cost. When the sputtering method is used, it is possible to form a film using a target made of the same material as the alignment precursor layer, but it is also possible to use a reactive sputtering method in which a metal target is used to form a film in an oxygen atmosphere. it can. A method of placing the molded product prepared in advance on sapphire is also preferable as a simple method, but since the orientation precursor layer is not dense, a process of densification is required in the heat treatment step described later. The method using a polycrystal prepared in advance as the orientation precursor layer requires two steps, a step of preparing the polycrystal and a step of heat-treating on the sapphire substrate. Further, in order to improve the adhesion between the polycrystal and the sapphire substrate, it is necessary to take measures such as keeping the surface of the polycrystal sufficiently smooth. Although known conditions can be used for either method, a method of directly forming an orientation precursor layer using the AD method and a method of placing a prefabricated molded product on a sapphire substrate will be described below. ..
 AD法は、微粒子や微粒子原料をガスと混合してエアロゾル化し、このエアロゾルをノズルから高速噴射して基板に衝突させ、被膜を形成する技術であり、常温で緻密化された被膜を形成できるという特徴を有している。このようなAD法で用いられる成膜装置(エアロゾルデポジション(AD)装置)の一例を図3に示す。図3に示される成膜装置50は、大気圧より低い気圧の雰囲気下で原料粉末を基板上に噴射するAD法に用いられる装置として構成されている。この成膜装置50は、原料成分を含む原料粉末のエアロゾルを生成するエアロゾル生成部52と、原料粉末をサファイア基板51に噴射して原料成分を含む膜を形成する成膜部60とを備えている。エアロゾル生成部52は、原料粉末を収容し図示しないガスボンベからのキャリアガスの供給を受けてエアロゾルを生成するエアロゾル生成室53と、生成したエアロゾルを成膜部60へ供給する原料供給管54と、エアロゾル生成室53及びその中のエアロゾルに10~100Hzの振動数で振動が付与する加振器55とを備えている。成膜部60は、サファイア基板51にエアロゾルを噴射する成膜チャンバ62と、成膜チャンバ62の内部に配設されサファイア基板51を固定する基板ホルダ64と、基板ホルダ64をX軸-Y軸方向に移動するX-Yステージ63とを備えている。また、成膜部60は、先端にスリット67が形成されエアロゾルをサファイア基板51へ噴射する噴射ノズル66と、成膜チャンバ62を減圧する真空ポンプ68とを備えている。 The AD method is a technology in which fine particles and fine particle raw materials are mixed with gas to form an aerosol, and this aerosol is jetted at high speed from a nozzle to collide with a substrate to form a film, which is said to be able to form a dense film at room temperature. It has characteristics. FIG. 3 shows an example of a film forming apparatus (aerosol deposition (AD) apparatus) used in such an AD method. The film forming apparatus 50 shown in FIG. 3 is configured as an apparatus used in the AD method of injecting raw material powder onto a substrate in an atmosphere of atmospheric pressure lower than atmospheric pressure. The film forming apparatus 50 includes an aerosol generation unit 52 that generates an aerosol of a raw material powder containing a raw material component, and a film forming unit 60 that injects the raw material powder onto a sapphire substrate 51 to form a film containing the raw material component. There is. The aerosol generation unit 52 includes an aerosol generation chamber 53 that stores raw material powder and receives a carrier gas supply from a gas cylinder (not shown) to generate an aerosol, and a raw material supply pipe 54 that supplies the generated aerosol to the film forming unit 60. The aerosol generation chamber 53 and the aerosol in the aerosol are provided with a vibration exciter 55 that vibrates at a frequency of 10 to 100 Hz. The film forming section 60 includes a film forming chamber 62 that injects aerosols onto the sapphire substrate 51, a substrate holder 64 that is arranged inside the film forming chamber 62 and fixes the sapphire substrate 51, and the substrate holder 64 on the X-axis-Y axis. It is equipped with an XY stage 63 that moves in a direction. Further, the film forming section 60 includes an injection nozzle 66 in which a slit 67 is formed at the tip thereof and ejects aerosol to the sapphire substrate 51, and a vacuum pump 68 for reducing the pressure in the film forming chamber 62.
 AD法は、成膜条件によって膜厚や膜質等を制御できることが知られている。例えば、AD膜の形態は、原料粉末の基板への衝突速度、原料粉末の粒径、エアロゾル中の原料粉末の凝集状態、単位時間当たりの噴射量等に影響を受けやすい。原料粉末の基板への衝突速度は、成膜チャンバ62と噴射ノズル66内の差圧や、噴射ノズルの開口面積等に影響を受ける。適切な条件を用いない場合、被膜が圧粉体となったり気孔を生じたりする場合があるので、これらのファクターを適切に制御することが必要である。 It is known that the AD method can control the film thickness, film quality, etc. depending on the film forming conditions. For example, the form of the AD film is easily affected by the collision rate of the raw material powder with the substrate, the particle size of the raw material powder, the aggregated state of the raw material powder in the aerosol, the injection amount per unit time, and the like. The collision speed of the raw material powder with the substrate is affected by the differential pressure between the film forming chamber 62 and the injection nozzle 66, the opening area of the injection nozzle, and the like. If appropriate conditions are not used, the coating may become a powder or pores, so it is necessary to control these factors appropriately.
 配向前駆体層を予め作製した成形体を用いる場合、配向前駆体の原料粉末を成形して成形体を作製することができる。例えば、プレス成形を用いる場合、配向前駆体層はプレス成形体である。プレス成形体は、配向前駆体の原料粉末を公知の手法に基づきプレス成形することで作製可能であり、例えば、原料粉末を金型に入れ、好ましくは100~400kgf/cm、より好ましくは150~300kgf/cmの圧力でプレスすることにより作製すればよい。また、成形方法は特に限定されず、プレス成形の他、テープ成形、鋳込み成形、押出し成形、ドクターブレード法、及びこれらの任意の組合せを用いることができる。例えば、テープ成形を用いる場合、原料粉末にバインダー、可塑剤、分散剤、分散媒等の添加物を適宜加えてスラリー化し、このスラリーをスリット状の細い吐出口を通過させることにより、シート状に吐出及び成形するのが好ましい。シート状に成形した成形体の厚さに限定はないが、ハンドリングの観点では5~500μmであるのが好ましい。また、厚い配向前駆体層が必要な場合はこのシート成形体を多数枚積み重ねて、所望の厚さとして使用すればよい。 When a molded product in which the orientation precursor layer is prepared in advance is used, the raw material powder of the orientation precursor can be molded to prepare the molded product. For example, when press molding is used, the orientation precursor layer is a press molded body. The press-molded product can be produced by press-molding the raw material powder of the orientation precursor based on a known method. For example, the raw material powder is placed in a mold, preferably 100 to 400 kgf / cm 2 , more preferably 150. It may be produced by pressing at a pressure of about 300 kgf / cm 2 . The molding method is not particularly limited, and in addition to press molding, tape molding, casting molding, extrusion molding, doctor blade method, and any combination thereof can be used. For example, when tape molding is used, additives such as a binder, a plasticizer, a dispersant, and a dispersion medium are appropriately added to the raw material powder to form a slurry, and the slurry is passed through a narrow slit-shaped discharge port to form a sheet. It is preferable to discharge and mold. The thickness of the molded product formed into a sheet is not limited, but is preferably 5 to 500 μm from the viewpoint of handling. Further, when a thick orientation precursor layer is required, a large number of these sheet molded products may be stacked and used as a desired thickness.
 これらの成形体はその後のサファイア基板上での熱処理によりサファイア基板近くの部分が配向層となるものである。上述したように、このような手法では後述する熱処理工程において成形体を焼結させ、緻密化する必要がある。このため、成形体はコランダム型結晶構造を有する又はもたらす材料の他に、焼結助剤等の微量成分を含んでいてもよい。 In these molded bodies, the portion near the sapphire substrate becomes an orientation layer by the subsequent heat treatment on the sapphire substrate. As described above, in such a method, it is necessary to sinter and densify the molded product in the heat treatment step described later. For this reason, the molded product may contain trace components such as a sintering aid in addition to the material having or bringing about a corundum-type crystal structure.
(c)サファイア基板上配向前駆体層の熱処理
 配向前駆体層が形成されたサファイア基板を1000℃以上の温度で熱処理する。この熱処理により、配向前駆体層の少なくともサファイア基板近くの部分を緻密な配向層に変換することが可能となる。また、この熱処理により、配向層をヘテロエピタキシャル成長させることが可能となる。すなわち、配向層をコランダム型結晶構造を有する材料で構成することで、熱処理時にコランダム型結晶構造を有する材料がサファイア基板を種結晶として結晶成長するヘテロエピタキシャル成長が生じる。その際、結晶の再配列が起こり、サファイア基板の結晶面に倣って結晶が配列する。この結果、サファイア基板と配向層の結晶軸を揃えることができる。例えば、c面サファイア基板を用いると、サファイア基板と配向層が下地基板の表面に対していずれもc軸配向した態様とすることが可能となる。その上、この熱処理により、配向層の一部に傾斜組成領域を形成することが可能となる。すなわち、熱処理の際に、サファイア基板と配向前駆体層の界面で反応が生じ、サファイア基板中のAl成分が配向前駆体層中に拡散する及び/又は配向前駆体層中の成分がサファイア基板中に拡散して、α-Alを含む固溶体で構成される傾斜組成領域が形成される。
(C) Heat treatment of the alignment precursor layer on the sapphire substrate The sapphire substrate on which the alignment precursor layer is formed is heat-treated at a temperature of 1000 ° C. or higher. By this heat treatment, at least a portion of the alignment precursor layer near the sapphire substrate can be converted into a dense alignment layer. Further, this heat treatment makes it possible to grow the oriented layer heteroepitaxially. That is, by forming the alignment layer with a material having a corundum-type crystal structure, heteroepitaxial growth occurs in which the material having a corundum-type crystal structure grows as a seed crystal using a sapphire substrate during heat treatment. At that time, the crystals are rearranged, and the crystals are arranged according to the crystal plane of the sapphire substrate. As a result, the crystal axes of the sapphire substrate and the alignment layer can be aligned. For example, when a c-plane sapphire substrate is used, the sapphire substrate and the alignment layer can both be oriented in the c-axis with respect to the surface of the base substrate. Moreover, this heat treatment makes it possible to form an inclined composition region in a part of the alignment layer. That is, during the heat treatment, a reaction occurs at the interface between the sapphire substrate and the alignment precursor layer, and the Al component in the sapphire substrate diffuses into the alignment precursor layer and / or the component in the alignment precursor layer is in the sapphire substrate. Diffuses into a sapphire composition region composed of a solid solution containing α-Al 2 O 3 .
 なお、各種CVD法、スパッタリング法、PLD法、CVT法、昇華法等の方法では、1000℃以上の熱処理を経ることなくサファイア基板上にヘテロエピタキシャル成長を生じる場合があることが知られている。しかし、配向前駆体層はその作製時には配向していない状態、すなわち非晶質や無配向の多結晶であり、本熱処理工程時にサファイアを種結晶として結晶の再配列を生じさせることが好ましい。こうすることで、配向層表面に到達する結晶欠陥を効果的に低減することができる。この理由は定かではないが、配向層下部で生じた結晶欠陥が対消滅しやすいためではないかと考えている。 It is known that various CVD methods, sputtering methods, PLD methods, CVT methods, sublimation methods, and the like may cause heteroepitaxial growth on the sapphire substrate without undergoing heat treatment at 1000 ° C. or higher. However, the orientation precursor layer is in a non-oriented state at the time of its production, that is, it is an amorphous or non-oriented polycrystal, and it is preferable to cause crystal rearrangement using sapphire as a seed crystal during this heat treatment step. By doing so, the crystal defects reaching the surface of the alignment layer can be effectively reduced. The reason for this is not clear, but it is thought that the crystal defects generated in the lower part of the alignment layer are likely to be annihilated.
 熱処理は、コランダム型結晶構造が得られ、サファイア基板を種としたヘテロエピタキシャル成長が生じるかぎり特に限定されず、管状炉やホットプレート等、公知の熱処理炉で実施することができる。また、これらの常圧(プレスレス)での熱処理だけでなく、ホットプレスやHIP等の加圧熱処理や、常圧熱処理と加圧熱処理の組み合わせも用いることができる。熱処理条件は、配向層に用いる材料によって適宜選択することができる。例えば、熱処理の雰囲気は、大気、真空、窒素及び不活性ガス雰囲気から選択することができる。好ましい熱処理温度も配向層に用いる材料によって変わるが、例えば1000~2000℃が好ましく、1200~2000℃がさらに好ましい。熱処理温度や保持時間はヘテロエピタキシャル成長で生じる配向層の厚さやサファイア基板との拡散で形成される傾斜組成領域の厚さと関係しており、材料の種類、狙いとする配向層、傾斜組成領域の厚さ等によって適宜調整することができる。ただし、予め作製した成形体を配向前駆体層として用いる場合、熱処理中に焼結して緻密化させる必要があり、高温での常圧焼成、ホットプレス、HIP、又はそれらの組み合わせが好適である。例えば、ホットプレスを用いる場合、面圧は50kgf/cm以上が好ましく、より好ましくは100kgf/cm以上、特に好ましくは200kgf/cm以上であり、上限は特に限定されない。また、焼成温度も、焼結及び緻密化並びにヘテロエピタキシャル成長が生じる限り、特に限定されないが、1000℃以上が好ましく、1200℃以上がさらに好ましく、1400℃以上がさらに好ましく、1600℃以上が特に好ましい。焼成雰囲気も大気、真空、窒素及び不活性ガス雰囲気から選択することができる。モールド等の焼成冶具は黒鉛製やアルミナ製のもの等が利用できる。 The heat treatment is not particularly limited as long as a corundum-type crystal structure is obtained and heteroepitaxial growth using a sapphire substrate as a seed occurs, and the heat treatment can be carried out in a known heat treatment furnace such as a tube furnace or a hot plate. Further, in addition to these heat treatments under normal pressure (pressless), pressure heat treatments such as hot press and HIP, and combinations of normal pressure heat treatments and pressure heat treatments can also be used. The heat treatment conditions can be appropriately selected depending on the material used for the alignment layer. For example, the heat treatment atmosphere can be selected from air, vacuum, nitrogen and an inert gas atmosphere. The preferred heat treatment temperature also varies depending on the material used for the alignment layer, but is preferably 1000 to 2000 ° C, more preferably 1200 to 2000 ° C, for example. The heat treatment temperature and holding time are related to the thickness of the alignment layer generated by heteroepitaxial growth and the thickness of the inclined composition region formed by diffusion with the sapphire substrate, and are related to the type of material, the target alignment layer, and the thickness of the inclined composition region. It can be adjusted as appropriate depending on the size. However, when a prefabricated molded product is used as an orientation precursor layer, it is necessary to sinter and densify it during heat treatment, and atmospheric firing at high temperature, hot pressing, HIP, or a combination thereof is preferable. .. For example, when using a hot press, the surface pressure is preferably 50 kgf / cm 2 or more, more preferably 100 kgf / cm 2 or more, particularly preferably 200 kgf / cm 2 or more, the upper limit is not particularly limited. The firing temperature is also not particularly limited as long as sintering, densification, and heteroepitaxial growth occur, but is preferably 1000 ° C. or higher, more preferably 1200 ° C. or higher, further preferably 1400 ° C. or higher, and particularly preferably 1600 ° C. or higher. The firing atmosphere can also be selected from atmosphere, vacuum, nitrogen and an inert gas atmosphere. As the firing jig such as a mold, those made of graphite or alumina can be used.
(d)配向層表面の露出
 熱処理によりサファイア基板近くに形成される配向層の上には、配向前駆体層又は配向性に劣る若しくは無配向の表面層が存在又は残留しうる。この場合、配向前駆体層に由来する側の面に研削や研磨等の加工を施して配向層の表面を露出させるのが好ましい。こうすることで配向層の表面に優れた配向性を有する材料が露出することになるため、その上に効果的に半導体層をエピタキシャル成長させることができる。配向前駆体層や表面層を除去する手法は特に限定されるものではないが、例えば、研削及び研磨する手法やイオンビームミリングする手法を挙げることができる。配向層の表面の研磨は、砥粒を用いたラップ加工や化学機械研磨(CMP)により行われるのが好ましい。
(D) Exposure of the surface of the oriented layer On the oriented layer formed near the sapphire substrate by heat treatment, an oriented precursor layer or a surface layer having poor or unoriented orientation may exist or remain. In this case, it is preferable that the surface derived from the alignment precursor layer is subjected to processing such as grinding or polishing to expose the surface of the alignment layer. By doing so, the material having excellent orientation is exposed on the surface of the alignment layer, so that the semiconductor layer can be effectively epitaxially grown on the material. The method for removing the orientation precursor layer and the surface layer is not particularly limited, and examples thereof include a method for grinding and polishing and a method for ion beam milling. Polishing of the surface of the alignment layer is preferably performed by lapping using abrasive grains or chemical mechanical polishing (CMP).
 本発明を以下の例によってさらに具体的に説明する。 The present invention will be described more specifically by the following examples.
 例1
(1)ミストCVD法によるα-Ga系半導体膜の作製
(1a)原料溶液の作製
 0.05mol/Lのガリウムアセチルアセトナート水溶液を調製し、この水溶液に対して1.5%の体積割合で12Nの濃塩酸を加えた。得られた混合液に塩化スズ(II)を0.001mol/Lの濃度となるように添加して原料溶液とした。
Example 1
(1) Preparation of α-Ga 2 O 3 system semiconductor film by mist CVD method (1a) Preparation of raw material solution A 0.05 mol / L gallium acetylacetonate aqueous solution was prepared, and 1.5% of the aqueous solution was prepared. 12N concentrated hydrochloric acid was added by volume. Tin (II) chloride was added to the obtained mixed solution to a concentration of 0.001 mol / L to prepare a raw material solution.
(1b)成膜準備
 図2に示される構成のミストCVD装置20を準備した。ミストCVD装置20の構成については前述したとおりである。ミストCVD装置20において、上記(1a)で得られた原料溶液Lをミスト発生室22内に収容した。基板36として直径5.08cm(2インチ)のc面サファイア基板を回転ステージ34にセットし、ノズル32の先端と基板36の間の距離を120mmとした。ヒータ42により、回転ステージ34の温度を480℃にまで昇温させ、温度安定化のため30分保持した。流量調節弁(図示せず)を開いてキャリアガスGとしての窒素ガスを、ミスト発生室22を経て成膜室30内に供給し、成膜室30の雰囲気をキャリアガスGで十分置換した。その後、キャリアガスGの流量を2.0L/minに調節した。
(1b) Preparation for film formation A mist CVD apparatus 20 having the configuration shown in FIG. 2 was prepared. The configuration of the mist CVD apparatus 20 is as described above. In the mist CVD apparatus 20, the raw material solution L obtained in (1a) above was housed in the mist generation chamber 22. A c-plane sapphire substrate having a diameter of 5.08 cm (2 inches) was set on the rotating stage 34 as the substrate 36, and the distance between the tip of the nozzle 32 and the substrate 36 was set to 120 mm. The temperature of the rotary stage 34 was raised to 480 ° C. by the heater 42 and held for 30 minutes for temperature stabilization. The flow rate control valve (not shown) was opened to supply nitrogen gas as the carrier gas G into the film forming chamber 30 via the mist generation chamber 22, and the atmosphere of the film forming chamber 30 was sufficiently replaced with the carrier gas G. After that, the flow rate of the carrier gas G was adjusted to 2.0 L / min.
(1c)成膜
 回転ステージ34を60rpmの回転数で回転させつつ、超音波振動子26を2.4MHzで振動させることよって原料溶液Lを霧化し、発生したミストMをキャリアガスGによって成膜室30内に導入した。ミストMを成膜室30内、特に基板36(具体的にはサファイア基板)の表面で反応させることによって、基板36上に半導体膜38を1時間にわたって形成した。こうして、基板36及びその上に形成された半導体膜38で構成される複合材料40を得た。
(1c) Film formation The raw material solution L is atomized by vibrating the ultrasonic vibrator 26 at 2.4 MHz while rotating the rotary stage 34 at a rotation speed of 60 rpm, and the generated mist M is deposited with the carrier gas G. It was introduced in the room 30. The semiconductor film 38 was formed on the substrate 36 for 1 hour by reacting the mist M in the film forming chamber 30, particularly on the surface of the substrate 36 (specifically, the sapphire substrate). In this way, a composite material 40 composed of the substrate 36 and the semiconductor film 38 formed on the substrate 36 was obtained.
(2)半導体膜の評価
(2a)表面EDX
 得られた半導体膜38の表面に対してエネルギー分散型X線分析(EDX)による組成分析を行った結果、Ga及びOのみが検出された。このことから、半導体膜38はGa酸化物で構成されることが分かった。
(2) Evaluation of semiconductor film (2a) Surface EDX
As a result of composition analysis by energy dispersive X-ray analysis (EDX) on the surface of the obtained semiconductor film 38, only Ga and O were detected. From this, it was found that the semiconductor film 38 is composed of Ga oxide.
(2b)XRD
 X線回折(XRD)装置(Bruker-AXS株式会社製、D8-DISCOVER)を用い、図1に示される半導体膜の表面の中心点X、並びに外周点A、B、C及びDにおいて、コランダム型Ga酸化物膜の(104)面に対して以下の条件でφスキャンを行った。すなわち、上記各点におけるXRD測定は、2θ、ω、χ及びφを調整してα-Gaの(104)面のピークが出るように軸立てを行った後、管電圧40kV、管電流40mA、コリメータ径0.5mm、アンチスキャッタリングスリット3mmで、ω=0~360°の範囲、ωステップ幅0.005°、及び計数時間0.5秒の条件で行った。検出された3つの主ピークのピークトップ値を平均し、主ピークのピーク強度とした。また、主ピークから60°ずれたωで検出される回転ドメインに起因する3つの副ピークのピークトップ値を平均し、回転ドメインに起因する副ピークのピーク強度とした。
(2b) XRD
Using an X-ray diffraction (XRD) device (D8-DISCOVER, manufactured by Bruker-AXS Co., Ltd.), a colland type is used at the center point X of the surface of the semiconductor film and the outer peripheral points A, B, C and D shown in FIG. A φ scan was performed on the (104) plane of the Ga oxide film under the following conditions. That is, in the XRD measurement at each of the above points, after adjusting 2θ, ω, χ and φ and arranging the shaft so that the peak of the (104) plane of α-Ga 2 O 3 appears, the tube voltage is 40 kV and the tube is used. The current was 40 mA, the collimator diameter was 0.5 mm, the anti-scattering slit was 3 mm, the ω = 0 to 360 ° range, the ω step width was 0.005 °, and the counting time was 0.5 seconds. The peak top values of the three detected main peaks were averaged to obtain the peak intensity of the main peaks. In addition, the peak top values of the three sub-peaks caused by the rotation domain detected at ω deviated from the main peak by 60 ° were averaged to obtain the peak intensity of the sub-peak caused by the rotation domain.
 なお、外周点A、B、C及びDとは、i)外周点A及び外周点Cを結ぶ直線と、外周点B及び外周点Dを結ぶ直線とが中心点Xで直角に交わり、かつ、ii)外周点A、B、C及びDの半導体膜の外縁からの各最短距離が半導体膜の半径の1/5となるように定められた。中心点X、並びに外周点A、B、C及びDにおける、主ピークのピーク強度に対する、回転ドメインに起因する副ピークのピーク強度の割合I、I、I、I及びIをそれぞれ算出した。また、I、I、I及びIの算術平均値I及び|I-I|を算出した。結果は、表1に示されるとおりであった。 The outer peripheral points A, B, C and D are i) the straight line connecting the outer peripheral points A and the outer peripheral point C and the straight line connecting the outer peripheral points B and the outer peripheral point D intersect at a right angle at the center point X, and ii) The shortest distances of the outer peripheral points A, B, C and D from the outer edge of the semiconductor film are set to be 1/5 of the radius of the semiconductor film. Center point X, and the outer peripheral point A, B, in C and D, to the peak intensity of the main peak, the ratio I x of the peak intensity of the secondary peak due to rotation domain, I A, I B, the I C and I D Each was calculated. Also, I A, I B, the arithmetic average value I M and I C and I D | was calculated | I X -I M. The results were as shown in Table 1.
(2c)膜厚
 膜厚は、断面TEM観察により評価した。TEM観察に用いる試験片は、上記(1)と同様の方法で別途作製した複合材料40に対し、図1に示される中心点X、並びに外周点A、B、C及びDの5点付近から、FIBによりサンプリングし、イオンミリングにより薄片化することで作製した。日立製透過型電子顕微鏡H-90001UHR-Iを用い、加速電圧300kVで断面観察を行い、各サンプルに対して膜厚を測定し、5サンプルの膜厚の平均値を半導体膜の厚さとした。結果は、表1に示されるとおりであった。
(2c) Film thickness The film thickness was evaluated by TEM observation of the cross section. The test piece used for the TEM observation is a composite material 40 separately prepared by the same method as in (1) above, from the center point X shown in FIG. 1 and the vicinity of the outer peripheral points A, B, C and D. , FIB, and sliced by ion milling. A cross-sectional observation was performed at an acceleration voltage of 300 kV using a Hitachi transmission electron microscope H-90001UHR-I, the film thickness was measured for each sample, and the average value of the film thicknesses of the five samples was taken as the thickness of the semiconductor film. The results were as shown in Table 1.
(2d)体積抵抗率
 抵抗率計(三菱化学製、ロレスタGP、MCP-T610型)を用いて四探針法により半導体膜38の体積抵抗率を測定した。具体的には、図1に示される中心点X、並びに外周点A、B、C及びDにおける、半導体膜38の体積抵抗率R、R、R、R及びRをそれぞれ測定した。また、R、R、R、R及びRの値のうち最大値をRmax、最小値をRminとし、(Rmax-Rmin)/Rmaxの値を算出した。結果は、表1に示されるとおりであった。
(2d) Volume resistivity The volume resistivity of the semiconductor film 38 was measured by a four-probe method using a resistivity meter (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, Loresta GP, MCP-T610 type). Specifically, the center point X shown in FIG. 1, and the outer peripheral point A, B, in C and D, the volume resistivity R x of the semiconductor film 38, R A, R B, respectively measured R C and R D did. Further, among the values of R x , R A , R B , RC and R D , the maximum value was R max and the minimum value was R min, and the value of (R max −R min ) / R max was calculated. The results were as shown in Table 1.
(2e)デバイス均質性
(デバイスの作製)
 上記(1c)で得られた複合材料40を、中心点X、並びに外周点A、B、C及びDの各位置がほぼ中心となるように10mm角に切断して、5つの複合材料片40’を得た。図4に示されるように、複合材料片40’は基板36及び半導体膜38で構成されており、デバイスを作製する上で、基板36を下地基板72として、半導体膜38をn層74として用いる。複合材料片40’の半導体膜38(n層74)側の面における、端部から2mm×10mmの領域をサファイア基板(図示せず)でマスキングした後、n層76を形成した。n層76の形成は、上記(1a)における原料溶液の作製でドーパント(具体的には塩化スズ(II))を添加しなかったこと、及び上記(1c)において回転ステージ34を回転させずに30分間の成膜を行ったこと以外は、上記(1)と同様にして行った。n層76の形成後、マスキングとしてのサファイア基板(図示せず)を取り外して、n層74を露出させた。n層74の露出領域にTi電極78(オーミック電極)を形成する一方、n層上にPt電極80(ショットキー電極)を形成した。Ti電極78及びn層上にPt電極80を形成した。こうして、図4に示されるような横型のショットキーバリアダイオード70を作製した。
(2e) Device homogeneity (fabrication of device)
The composite material 40 obtained in (1c) above is cut into 10 mm squares so that the center point X and the outer peripheral points A, B, C and D are substantially centered, and the five composite material pieces 40 'Get. As shown in FIG. 4, the composite material piece 40'consists of the substrate 36 and the semiconductor film 38, and the substrate 36 is used as the base substrate 72 and the semiconductor film 38 is used as the n + layer 74 in manufacturing the device. Use. On the surface of the composite material piece 40'on the semiconductor film 38 (n + layer 74) side, a region of 2 mm × 10 mm from the end was masked with a sapphire substrate (not shown), and then the n layer 76 was formed. The formation of the n - layer 76 did not include the addition of a dopant (specifically, tin (II) chloride) in the preparation of the raw material solution in (1a) above, and did not rotate the rotary stage 34 in (1c) above. The same procedure as in (1) above was carried out except that the film was formed for 30 minutes. After the n - layer 76 was formed, the sapphire substrate (not shown) as masking was removed to expose the n + layer 74. A Ti electrode 78 (ohmic electrode) was formed in the exposed region of the n + layer 74, while a Pt electrode 80 (shotkey electrode) was formed on the n layer. Forming a Pt electrode 80 in a layer on the - Ti electrode 78 and n. In this way, a horizontal Schottky barrier diode 70 as shown in FIG. 4 was produced.
(デバイスの評価)
 ショットキーバリアダイオード70について、順方向に10Vの電圧を印加した際に流れる電流(ON電流)IONと、逆方向に10Vの電圧を印加した際に流れる電流(OFF電流)IOFFと測定し、ON電流IONに対するOFF電流IOFFの比(すなわちION/IOFF)をP値とした。このとき、中心点X、並びに外周点A、B、C及びDに対応するショットキーバリアダイオード70の各々に対してP値を測定して、それぞれP、P、P、P及びPとした。また、それらの常用対数の値logP、logP、logP、logP及びlogPの算術平均値をMとしたとき、|M-logP|、|M-logP|、|M-logP|、|M-logP|及び|M-logP|の5つの値のうち、0.5以下となるものの個数をSとし、(S/5)×100[%]により算出された値をデバイスの均質性を表す指数とした。結果は、表1に示されるとおりであった。
(Device evaluation)
For the Schottky barrier diode 70, the current (ON current) I ON that flows when a voltage of 10 V is applied in the forward direction and the current (OFF current) I OFF that flows when a voltage of 10 V is applied in the reverse direction are measured. , The ratio of the OFF current I OFF to the ON current I ON (that is, I ON / I OFF ) was defined as the P value. In this case, the center point X, and the outer peripheral point A, B, by measuring the P value for each of the Schottky barrier diode 70 that corresponds to C and D, respectively P X, P A, P B, P C and It was designated as PD . The value logP X their common logarithm, when the logP A, logP B, the arithmetic mean value of logP C and logP D was M P, | M P -logP X |, | M P -logP A |, | M P -logP B |, | M P -logP C | and | M P -logP D | of the five values, and the number of those of 0.5 or less and S, (S / 5) × 100 [% ] Was used as an index indicating the homogeneity of the device. The results were as shown in Table 1.
 なお、本例では、ショットキーバリアダイオード70はデバイスの均質性を簡易的に評価するために横型デバイスの形態としているが、下地基板72を除去して作製する縦型のデバイスにおいても、本例の横型デバイスと同様の傾向を示す。 In this example, the Schottky barrier diode 70 is in the form of a horizontal device in order to easily evaluate the homogeneity of the device, but this example is also used in a vertical device manufactured by removing the base substrate 72. Shows the same tendency as the horizontal device of.
 例2
 上記(1a)の原料溶液の作製において塩化スズ(II)の濃度を0.01mol/Lとしたこと、及び、上記(1c)における成膜条件を表1に示されるように変更したこと以外は、例1と同様にして半導体膜の作製及び各種評価を行った。結果は、表1に示されるとおりであった。
Example 2
Except that the concentration of tin (II) chloride was set to 0.01 mol / L in the preparation of the raw material solution of (1a) above, and the film forming conditions in (1c) above were changed as shown in Table 1. , A semiconductor film was prepared and various evaluations were carried out in the same manner as in Example 1. The results were as shown in Table 1.
 例3
 上記(1b)及び(1c)の装置及び成膜条件を表1に示されるように変更したこと以外は、例2と同様にして半導体膜の作製及び各種評価を行った。結果は、表1に示されるとおりであった。
Example 3
A semiconductor film was prepared and various evaluations were carried out in the same manner as in Example 2 except that the apparatus and film forming conditions of the above (1b) and (1c) were changed as shown in Table 1. The results were as shown in Table 1.
 例4
 上記(1a)の原料溶液の作製を以下のとおり行ったこと、及び上記(1c)及び(1d)の装置及び成膜条件を表1に示されるように変更したこと以外は、例2と同様にして半導体膜の作製及び各種評価を行った。結果は、表1に示されるとおりであった。
Example 4
Same as Example 2 except that the raw material solution of (1a) was prepared as follows, and the apparatus and film forming conditions of (1c) and (1d) were changed as shown in Table 1. The semiconductor film was prepared and various evaluations were performed. The results were as shown in Table 1.
(原料溶液の作製)
 臭化ガリウム及び酸化ゲルマニウムを物質量比で100:5となるように含有する原料水溶液を調製した。この水溶液に48%臭化水素酸溶液を体積割合で10%含有させた。酸化ゲルマニウム(IV)の濃度は5.0×10-3mol/Lとした。
(Preparation of raw material solution)
An aqueous raw material solution containing gallium bromide and germanium oxide in a substance amount ratio of 100: 5 was prepared. This aqueous solution contained 10% by volume of a 48% hydrobromic acid solution. The concentration of germanium (IV) oxide was 5.0 × 10-3 mol / L.
 例5
 上記(1b)及び(1c)の装置及び成膜条件を表1に示されるように変更したこと、及び上記(1c)の成膜において基板36として以下のようにして作製された複合下地基板を用いたこと以外は、例2と同様にして半導体膜の作製及び各種評価を行った。結果は、表1に示されるとおりであった。
Example 5
The apparatus and film forming conditions of the above (1b) and (1c) were changed as shown in Table 1, and the composite base substrate produced as the substrate 36 in the above (1c) film formation as follows was used. A semiconductor film was prepared and various evaluations were carried out in the same manner as in Example 2 except that it was used. The results were as shown in Table 1.
(複合下地基板の作製)
(a)配向前駆体層の作製
 市販のCr粉末100重量部にTiO粉末2.4重量部を添加して湿式混合し、得られた混合粉末をポットミルにて粉砕処理して粒径D50が0.4μmのCr/TiO混合粉末を原料粉末として得た。この原料粉末と、種基板としてのサファイア(直径5.08cm(2インチ)、厚さ0.43mm、c面、オフ角0.2°)を用いて、図3に示されるエアロゾルデポジション(AD)装置50により種基板(サファイア基板)上にAD膜を形成した。エアロゾルデポジション(AD)装置50の構成については前述したとおりである。
(Preparation of composite substrate)
(A) Preparation of Orientation Precursor Layer To 100 parts by weight of commercially available Cr 2 O 3 powder, 2.4 parts by weight of TiO 2 powder is added and wet-mixed, and the obtained mixed powder is pulverized with a pot mill to obtain grains. A Cr 2 O 3 / TiO 2 mixed powder having a diameter D50 of 0.4 μm was obtained as a raw material powder. Using this raw material powder and sapphire as a seed substrate (diameter 5.08 cm (2 inches), thickness 0.43 mm, c-plane, off-angle 0.2 °), the aerosol deposition (AD) shown in FIG. ) The AD film was formed on the seed substrate (sapphire substrate) by the apparatus 50. The configuration of the aerosol deposition (AD) device 50 is as described above.
 AD成膜条件は以下のとおりとした。すなわち、キャリアガスはNとし、長辺5mm×短辺0.3mmのスリットが形成されたセラミックス製のノズルを用いた。ノズルのスキャン条件は、1mm/sのスキャン速度で、スリットの長辺に対して垂直且つ進む方向に55mm移動、スリットの長辺方向に5mm移動、スリットの長辺に対して垂直且つ戻る方向に55mm移動、スリットの長辺方向且つ初期位置とは反対方向に5mm移動、とのスキャンを繰り返し、スリットの長辺方向に初期位置から55mm移動した時点で、それまでとは逆方向にスキャンを行い、初期位置まで戻るサイクルを1サイクルとし、これを300サイクル繰り返した。室温での1サイクルの成膜において、搬送ガスの設定圧力を0.06MPa、流量を6L/min、チャンバ内圧力を100Pa以下に調整した。このようにして形成したAD膜(配向前駆体層)の厚さは約60μmであった。 The AD film formation conditions were as follows. That is, the carrier gas was N 2, and a ceramic nozzle having a slit having a long side of 5 mm and a short side of 0.3 mm was used. The scanning conditions of the nozzle are 1 mm / s scanning speed, 55 mm movement in the direction perpendicular to the long side of the slit and in the forward direction, 5 mm movement in the long side direction of the slit, and vertical and return direction to the long side of the slit. The scan is repeated with 55 mm movement, 5 mm movement in the long side direction of the slit and in the direction opposite to the initial position, and when 55 mm is moved from the initial position in the long side direction of the slit, scanning is performed in the opposite direction. The cycle of returning to the initial position was set as one cycle, and this was repeated for 300 cycles. In one cycle of film formation at room temperature, the set pressure of the transport gas was adjusted to 0.06 MPa, the flow rate was adjusted to 6 L / min, and the pressure in the chamber was adjusted to 100 Pa or less. The thickness of the AD film (alignment precursor layer) thus formed was about 60 μm.
(b)配向前駆体層の熱処理
 AD膜(配向前駆体層)が形成されたサファイア基板をAD装置から取り出し、窒素雰囲気中で1600℃にて4時間アニールした。
(B) Heat Treatment of Orientation Precursor Layer The sapphire substrate on which the AD film (alignment precursor layer) was formed was taken out from the AD apparatus and annealed at 1600 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere.
(c)結晶成長厚さの測定
 上記(a)及び(b)と同様の方法で別途作製したAD膜(配向前駆体層)を準備し、板面と直交する方向で基板の中心部を通るように切断した。切断した試料に対してダイヤモンド砥粒を用いたラップ加工にて断面を平滑化し、コロイダルシリカを用いた化学機械研磨(CMP)により鏡面仕上げを施した。得られた断面を走査型電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクノロジーズ製、SU-5000)にて撮影した。研磨後の断面の反射電子像を観察すると、結晶方位の違いによるチャネリングコントラストにより、多結晶となって残留した配向前駆体層(以下、多結晶部という)と、配向層とをそれぞれ特定することができた。こうして各層の厚さを見積もった結果、配向層の膜厚は約50μm、多結晶部の膜厚は約10μmであった。
(C) Measurement of Crystal Growth Thickness An AD film (alignment precursor layer) separately prepared by the same method as in (a) and (b) above is prepared and passes through the center of the substrate in a direction orthogonal to the plate surface. I cut it like this. The cross section of the cut sample was smoothed by lapping with diamond abrasive grains, and mirror-finished by chemical mechanical polishing (CMP) using colloidal silica. The obtained cross section was photographed with a scanning electron microscope (SU-5000, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). When observing the reflected electron image of the cross section after polishing, the orientation precursor layer (hereinafter referred to as the polycrystal part) remaining as polycrystalline and the alignment layer can be identified by the channeling contrast due to the difference in crystal orientation. Was made. As a result of estimating the thickness of each layer in this way, the film thickness of the oriented layer was about 50 μm, and the film thickness of the polycrystalline portion was about 10 μm.
(d)研削及び研磨
 得られた基板のAD膜に由来する側の面を配向層が露出するまで、#2000までの番手の砥石を用いて研削した後、ダイヤモンド砥粒を用いたラップ加工により、板面をさらに平滑化した。その後、コロイダルシリカを用いた化学機械研磨(CMP)により鏡面仕上げを施し、サファイア基板上に配向層を備えた複合下地基板を得た。なお、基板のAD膜に由来する側の面を「表面」とした。研削及び研磨量は、多結晶部と配向層を合わせて約30μmであり、複合下地基板上に形成された配向層の厚さは約30μmとなった。
(D) Grinding and polishing The surface of the obtained substrate on the side derived from the AD film is ground with a grindstone having a count of up to # 2000 until the alignment layer is exposed, and then lap processing using diamond abrasive grains is performed. , The plate surface was further smoothed. Then, it was mirror-finished by chemical mechanical polishing (CMP) using colloidal silica to obtain a composite base substrate having an orientation layer on the sapphire substrate. The surface of the substrate on the side derived from the AD film was designated as the "surface". The amount of grinding and polishing was about 30 μm including the polycrystalline portion and the alignment layer, and the thickness of the alignment layer formed on the composite base substrate was about 30 μm.
 例6
 上記(1b)及び(1c)の装置及び成膜条件を表1に示されるように変更したこと、複合下地基板として10.0cmのものを作製して用いたこと、及びAD法での成膜範囲を110mm四方の領域に拡大したこと以外は、例5と同様にして半導体膜の作製及び各種評価を行った。結果は、表1に示されるとおりであった。
Example 6
The equipment and film formation conditions of (1b) and (1c) above were changed as shown in Table 1, a 10.0 cm composite substrate was prepared and used, and film formation by the AD method was used. A semiconductor film was prepared and various evaluations were carried out in the same manner as in Example 5 except that the range was expanded to a 110 mm square area. The results were as shown in Table 1.
 例7及び8(比較)
 上記(1c)の成膜条件を表1に示されるように変更した(例えばステージ回転数を0rpmとした)こと以外は、例1と同様にして半導体膜の作製及び各種評価を行った。結果は、表1に示されるとおりであった。
Examples 7 and 8 (comparison)
A semiconductor film was prepared and various evaluations were carried out in the same manner as in Example 1 except that the film forming conditions of (1c) above were changed as shown in Table 1 (for example, the stage rotation speed was set to 0 rpm). The results were as shown in Table 1.
 例9(比較)
 上記(1a)の原料溶液の作製において塩化スズ(II)の濃度を0.02mol/Lとしたこと、及び上記(1c)の成膜条件を表1に示されるように変更した(例えばステージ回転数を0rpmとした)こと以外は、例1と同様にして半導体膜の作製及び各種評価を行った。結果は、表1に示されるとおりであった。
Example 9 (comparison)
In the preparation of the raw material solution of (1a) above, the concentration of tin (II) chloride was set to 0.02 mol / L, and the film formation conditions of (1c) above were changed as shown in Table 1 (for example, stage rotation). A semiconductor film was prepared and various evaluations were carried out in the same manner as in Example 1 except that the number was 0 rpm). The results were as shown in Table 1.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001

 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001

 

Claims (8)

  1.  α-Ga、又はα-Ga系固溶体で構成されるコランダム型結晶構造を有する結晶を主相とする半導体膜であって、
     前記半導体膜が直径5.08cm(2インチ)以上のサイズの円形状であり、
     前記半導体膜の表面の中心点X並びに4つの外周点A、B、C及びDの各々において、前記結晶の(104)面に対してX線回折(XRD)φスキャン測定を行った場合に、主ピークのピーク強度に対する、回転ドメインに起因する副ピークのピーク強度の割合が1.00%以下であり、
     前記外周点A、B、C及びDが、i)前記外周点A及び前記外周点Cを結ぶ直線と、前記外周点B及び前記外周点Dを結ぶ直線とが前記中心点Xで直角に交わり、かつ、ii)前記外周点A、B、C及びDの前記半導体膜の外縁からの各最短距離が前記半導体膜の半径の1/5となるように定められる、半導体膜。
    A semiconductor film having a crystal having a corundum-type crystal structure composed of α-Ga 2 O 3 or α-Ga 2 O 3 solid solution as a main phase.
    The semiconductor film has a circular shape with a diameter of 5.08 cm (2 inches) or more.
    When X-ray diffraction (XRD) φ scan measurement is performed on the (104) plane of the crystal at each of the center point X and the four outer peripheral points A, B, C and D of the surface of the semiconductor film, The ratio of the peak intensity of the sub-peak due to the rotation domain to the peak intensity of the main peak is 1.00% or less.
    The outer peripheral points A, B, C and D are i) The straight line connecting the outer peripheral point A and the outer peripheral point C and the straight line connecting the outer peripheral point B and the outer peripheral point D intersect at a right angle at the center point X. And ii) A semiconductor film in which the shortest distances of the outer peripheral points A, B, C and D from the outer edge of the semiconductor film are defined to be 1/5 of the radius of the semiconductor film.
  2.  前記中心点Xで測定された前記主ピークのピーク強度に対する、前記回転ドメインに起因する副ピークのピーク強度の割合をI%とし、かつ、前記外周点A、B、C及びDで測定された前記主ピークのピーク強度に対する、前記回転ドメインに起因する副ピークのピーク強度の割合の算術平均値をI%とした場合に、|I-I|≦0.20の関係を満たす、請求項1に記載の半導体膜。 The ratio of the peak intensity of the sub-peak due to the rotation domain to the peak intensity of the main peak measured at the center point X is IX %, and the measurement is performed at the outer peripheral points A, B, C and D. to the peak intensity of the main peak, the arithmetic mean value of the ratio of the peak intensity of the secondary peak caused by the rotation domain when the I M%, | satisfy a relationship of ≦ 0.20 | I X -I M , The semiconductor film according to claim 1.
  3.  前記中心点X並びに前記外周点A、B、C及びDで測定された前記半導体膜の厚さの算術平均値が2.0μm以上である、請求項1又は2に記載の半導体膜。 The semiconductor film according to claim 1 or 2, wherein the arithmetic mean value of the thickness of the semiconductor film measured at the center point X and the outer peripheral points A, B, C and D is 2.0 μm or more.
  4.  前記中心点X並びに前記外周点A、B、C及びDで測定された体積抵抗率がいずれも0.10Ω・cm以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載の半導体膜。 The semiconductor film according to any one of claims 1 to 3, wherein the volume resistivity measured at the center point X and the outer peripheral points A, B, C and D is 0.10 Ω · cm or less.
  5.  前記中心点X並びに前記外周点A、B、C及びDで測定された体積抵抗率の最大値Rmaxと最小値Rminが、[(Rmax-Rmin)/Rmax]≦0.20の関係を満たす、請求項1~4のいずれか一項に記載の半導体膜。 The maximum value R max and the minimum value R min of the volume resistivity measured at the center point X and the outer peripheral points A, B, C and D are [(R max −R min ) / R max ] ≦ 0.20. The semiconductor film according to any one of claims 1 to 4, which satisfies the above relationship.
  6.  前記半導体膜が、ドーパントとして14族元素を1.0×1016~1.0×1021/cmの割合で含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の半導体膜。 The semiconductor film according to any one of claims 1 to 5, wherein the semiconductor film contains a Group 14 element as a dopant at a ratio of 1.0 × 10 16 to 1.0 × 10 21 / cm 3 .
  7.  前記半導体膜が、直径5.08cm(φ2インチ)以上のサイズの円形状の支持基板上に形成された、請求項1~6のいずれか一項に記載の半導体膜。 The semiconductor film according to any one of claims 1 to 6, wherein the semiconductor film is formed on a circular support substrate having a diameter of 5.08 cm (φ2 inch) or more.
  8.  直径5.08cm(φ2インチ)以上のサイズの円形状の支持基板と、前記支持基板上に形成された請求項1~6のいずれか一項に記載の半導体膜とを備えた、複合材料。 A composite material comprising a circular support substrate having a diameter of 5.08 cm (φ2 inch) or more and the semiconductor film according to any one of claims 1 to 6 formed on the support substrate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016146442A (en) * 2015-01-29 2016-08-12 株式会社Flosfia Deposition device and deposition method
JP2016157878A (en) * 2015-02-25 2016-09-01 株式会社Flosfia Crystal oxide semiconductor film, and semiconductor device
JP2016155714A (en) * 2015-02-25 2016-09-01 国立研究開発法人物質・材料研究機構 α-Ga2O3 SINGLE CRYSTAL, PRODUCTION METHOD OF α-Ga2O3, AND SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016146442A (en) * 2015-01-29 2016-08-12 株式会社Flosfia Deposition device and deposition method
JP2016157878A (en) * 2015-02-25 2016-09-01 株式会社Flosfia Crystal oxide semiconductor film, and semiconductor device
JP2016155714A (en) * 2015-02-25 2016-09-01 国立研究開発法人物質・材料研究機構 α-Ga2O3 SINGLE CRYSTAL, PRODUCTION METHOD OF α-Ga2O3, AND SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME

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