本發(fā)明涉及對于半導(dǎo)體裝置有用的結(jié)晶性半導(dǎo)體膜和板狀體以及使用了上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜或上述板狀體的半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)：

作為可實現(xiàn)高耐壓、低損失和高耐熱的新一代轉(zhuǎn)換元件，使用帶隙寬的氧化鎵(Ga₂O₃)的半導(dǎo)體裝置受到關(guān)注，面向變頻器等電力用半導(dǎo)體裝置的應(yīng)用也備受期待。根據(jù)非專利文獻1，該氧化鎵可通過單獨混合銦或鋁或者將它們組合形成混晶來控制帶隙，其中，由In_X’Al_Y’Ga_Z’O₃(0≦X’≦2、0≦Y’≦2、0≦Z’≦2、X’+Y’+Z’＝1.5～2.5)表示的InAlGaO系半導(dǎo)體是極具吸引力的材料。

專利文獻1中記載了添加有摻雜物(4價錫)的結(jié)晶性高的導(dǎo)電性α-Ga₂O₃薄膜。然而，專利文獻1中記載的薄膜無法維持充分的耐壓性，另外，含有大量碳雜質(zhì)，因而包括導(dǎo)電性在內(nèi)，半導(dǎo)體特性未得到滿足，仍難以應(yīng)用于半導(dǎo)體裝置。

專利文獻2中記載了在α-Al₂O₃基板上形成有p型的α-(Al_x”Ga_1-x”)₂O₃單晶膜的Ga₂O₃系半導(dǎo)體元件。然而，專利文獻2中記載了半導(dǎo)體元件中，α-Al₂O₃為絕緣體，結(jié)晶品質(zhì)方面也存在問題，用于半導(dǎo)體元件存在很多限制，另外，采用MBE法得到p型半導(dǎo)體需要離子注入和高溫下的熱處理，因此，難以實現(xiàn)p型α-Al₂O₃本身，實際上，專利文獻2中記載的半導(dǎo)體元件本身難以實現(xiàn)。

另外，非專利文獻2中記載了可采用MBE法在藍寶石上形成α-Ga₂O₃薄膜。然而，還記載了：雖然在450℃以下的溫度下結(jié)晶生長至膜厚100nm，但若膜厚超過100nm則結(jié)晶品質(zhì)變差，此外，無法得到膜厚1μm以上的膜。

因此，迫切期待膜厚為1μm以上且結(jié)晶品質(zhì)也不變差的α-Ga₂O₃薄膜。

專利文獻3中記載了，使用鎵或銦的溴化物或碘化物采用霧化CVD法制造氧化物結(jié)晶薄膜的方法。

專利文獻4～6中記載了，在具有剛玉型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的基底基板上層疊有具有剛玉型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層和具有剛玉型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的絕緣膜的多層結(jié)構(gòu)體。

應(yīng)予說明，專利文獻3～6均為本申請人的專利或?qū)＠暾埖南嚓P(guān)的公報，在申請時，未能得到膜厚1μm以上的結(jié)晶薄膜。另外，采用專利文獻3～6所述的方法得到的膜實際上均無法從基板剝離。

【現(xiàn)有技術(shù)文獻】

【專利文獻】

【專利文獻1】日本特開2013-28480號公報

【專利文獻2】日本特開2013-58637號公報

【專利文獻3】日本專利第5397794號

【專利文獻4】日本專利第5343224號

【專利文獻5】日本專利第5397795號

【專利文獻6】日本特開2014-72533號公報

【非專利文獻】

【非專利文獻1】金子健太郎、“剛玉結(jié)構(gòu)氧化鎵系混晶薄膜的生長與物性”、京都大學(xué)博士論文、平成25年3月

【非專利文獻2】Raveen Kumaran,“New Solid State Laser Crystals Created by Epitaxial Growth”,A thesis submitted for the degree of doctor of philosophy,The University of British Columbia,September 2012

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

本發(fā)明的目的是提供半導(dǎo)體特性優(yōu)異、特別是可抑制漏電流、耐壓性和放熱性優(yōu)異的半導(dǎo)體膜和板狀體以及半導(dǎo)體裝置。

為解決可所采用的技術(shù)手段

本發(fā)明人等為實現(xiàn)上述目的進行了深入研究，結(jié)果成功制造出含有具有剛玉結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體作為主成分且膜厚為1μm以上的結(jié)晶性半導(dǎo)體膜。

另外，本發(fā)明人等經(jīng)過進一步反復(fù)研究，在含有具有剛玉結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體作為主成分的板狀體的制造上也取得了成功。

另外，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，使用上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜或上述板狀體制造半導(dǎo)體裝置，所得半導(dǎo)體裝置可抑制漏電流，耐壓性和放熱性優(yōu)異優(yōu)異，在得到上述各種見解后經(jīng)過進一步反復(fù)研究，從而完成了本發(fā)明。

發(fā)明效果

本發(fā)明的結(jié)晶性半導(dǎo)體膜和板狀體的半導(dǎo)體特性優(yōu)異，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置可抑制漏電流，耐壓性、放熱性優(yōu)異。

附圖說明

圖1是示意表示本發(fā)明的肖特基勢壘二極管(SBD)的優(yōu)選例的圖。

圖2是示意表示本發(fā)明的肖特基勢壘二極管(SBD)的優(yōu)選例的圖。

圖3是示意表示本發(fā)明的肖特基勢壘二極管(SBD)的優(yōu)選例的圖。

圖4是示意表示本發(fā)明的金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MESFET)的優(yōu)選例的圖。

圖5是示意表示本發(fā)明的高電子遷移率晶體管(HEMT)的優(yōu)選例的圖。

圖6是示意表示本發(fā)明的金屬氧化膜半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的優(yōu)選例的圖。

圖7是用于說明圖6的金屬氧化膜半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的制造工序的一部分的示意圖。

圖8是示意表示本發(fā)明的金屬氧化膜半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的一個例子的圖。

圖9是示意表示本發(fā)明的靜電感應(yīng)晶體管(SIT)的優(yōu)選例的圖。

圖10是示意表示本發(fā)明的肖特基勢壘二極管(SBD)的優(yōu)選例的圖。

圖11是示意表示本發(fā)明的肖特基勢壘二極管(SBD)的優(yōu)選例的圖。

圖12是示意表示本發(fā)明的高電子遷移率晶體管(HEMT)的優(yōu)選例的圖。

圖13是示意表示本發(fā)明的金屬氧化膜半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的優(yōu)選例的圖。

圖14是示意表示本發(fā)明的結(jié)型場效應(yīng)晶體管(JFET)的優(yōu)選例的圖。

圖15是示意表示本發(fā)明的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的優(yōu)選例的圖。

圖16是示意表示本發(fā)明的發(fā)光元件(LED)的優(yōu)選例的圖。

圖17是示意表示本發(fā)明的發(fā)光元件(LED)的優(yōu)選例的圖。

圖18是實施例中使用的霧化CVD裝置的構(gòu)成圖。

圖19是說明實施例中使用的基座的圖。

圖20是表示實施例中使用的基座與供給管的截面積的關(guān)系的圖。

圖21是表示本發(fā)明的實施例中的液中摻雜物含有率與膜中鍺含量的關(guān)系的圖。

圖22是說明實施例中的肖特基勢壘二極管(SBD)的結(jié)構(gòu)的圖。

圖23是表示實施例中摻雜有鍺的半導(dǎo)體層的SIMS分析結(jié)果的圖。

圖24是表示實施例中摻雜有硅的半導(dǎo)體層的SIMS分析結(jié)果的圖。

圖25是表示實施例中得到的自支撐膜的X射線衍射圖像的圖。

圖26是說明實施例中的肖特基勢壘二極管(SBD)的結(jié)構(gòu)的圖。

圖27是表示實施例中得到的SBD的電流電壓特性的圖。

圖28是表示實施例中制得的MESFET的結(jié)構(gòu)的圖。

圖29是表示實施例中制得的MESFET的DC特性的圖。應(yīng)予說明，縱軸表示漏電流(A)，橫軸表示漏電壓(V)。

圖30是實施例中使用的霧化CVD裝置的概略構(gòu)成圖。

圖31是表示實施例中的順向的電流電壓特性的評價結(jié)果的圖。

圖32是表示實施例中的逆向的電流電壓特性的評價結(jié)果的圖。

圖33是表示實施例中的XRD的結(jié)果的圖。

圖34是表示實施例中的膜的照片的圖。

圖35是表示實施例中的膜的照片的圖。

【具體實施方式】

本發(fā)明的結(jié)晶性半導(dǎo)體膜含有具有剛玉結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體作為主成分，只要膜厚為1μm以上就沒有特別限定，在本發(fā)明中，上述膜厚優(yōu)選為2μm以上，更優(yōu)選為3μm以上，最優(yōu)選為5μm以上。另外，在本發(fā)明中，上述膜厚優(yōu)選為7.6μm以上，若膜厚為7.6μm以上，則結(jié)晶性半導(dǎo)體膜可獨立支撐。另外，在本發(fā)明中，膜厚更優(yōu)選為10μm以上，是膜厚為10μm以上的主成分相同的多層膜(例如n-型半導(dǎo)體層與n+型半導(dǎo)體層的層疊體)，半導(dǎo)體特性可進一步提高，因而最優(yōu)選。另外，上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜的形狀等沒有特別限定，可以是四邊形，也可以是圓形，還可以是多邊形。上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜的表面積沒有特別限定，在本發(fā)明中，優(yōu)選為3mm見方以上(9mm²以上)，更優(yōu)選為5mm見方以上(25mm²以上)，最優(yōu)選直徑為50mm以上。在本發(fā)明中，通過在特定條件下使用霧化CVD法，可容易地得到以往無法實現(xiàn)的3mm見方以上的上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜。

上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜可以是單晶膜也可以是多晶膜，在本發(fā)明中，上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜優(yōu)選為可以含有多晶的單晶膜。上述氧化物半導(dǎo)體只要是具有剛玉結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體就沒有特別限定。作為上述氧化物半導(dǎo)體，例如可舉出含有選自Al、Ga、In、Fe、Cr、V、Ti、Rh、Ni和Co等中的1種或2種以上的金屬的金屬氧化物半導(dǎo)體等。在本發(fā)明中，上述氧化物半導(dǎo)體優(yōu)選含有選自銦、鋁和鎵中的1種或2種以上的元素作為主成分，更優(yōu)選至少含有銦或/和鎵作為主成分，最優(yōu)選至少含有鎵作為主成分。應(yīng)予說明，在本發(fā)明中，所謂“主成分”，是指上述具有剛玉結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體以原子比計相對于上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜的總成分優(yōu)選含有50％以上、更優(yōu)選含有70％以上、進一步優(yōu)選含有90％以上，也可以是100％。

另外，在本發(fā)明中，上述氧化物半導(dǎo)體優(yōu)選為α型In_XAl_YGa_ZO₃(0≦X≦2、0≦Y≦2、0≦Z≦2、X+Y+Z＝1.5～2.5、0<X又は0<Z)。上述氧化物半導(dǎo)體為α型In_XAl_YGa_ZO₃時的優(yōu)選組成只要不阻礙本發(fā)明的目的就沒有特別限定，上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜中含有的金屬元素中的鎵、銦和鋁的合計原子比優(yōu)選為0.5以上，更優(yōu)選為0.8以上。另外，上述氧化物半導(dǎo)體含有鎵時的優(yōu)選組成優(yōu)選上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜中含有的金屬元素中的鎵的原子比為0.5以上，更優(yōu)選為0.8以上。

上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜中可以含有摻雜物。上述摻雜物只要不阻礙本發(fā)明的目的就沒有特別限定。作為上述摻雜物，例如可舉出錫、鍺、硅、鈦、鋯、釩或鈮等n型摻雜物、或p型摻雜物等。摻雜物的濃度通?？梢詾榧s1×10¹⁶/cm³～1×10²²/cm³，另外，使摻雜物的濃度例如為約1×10¹⁷/cm³以下的低濃度，例如在n型摻雜物的情況下，可得到n-型半導(dǎo)體等。另外，根據(jù)本發(fā)明，可以以約1×10²⁰/cm³以上的高濃度含有摻雜物，例如在n型摻雜物的情況下，也可得到n+型半導(dǎo)體等。在本發(fā)明中，n型摻雜物優(yōu)選為鍺、硅、鈦、鋯、釩或鈮，在形成n-型半導(dǎo)體層時，優(yōu)選使上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜中的鍺、硅、鈦、鋯、釩或鈮的濃度為約1×10¹³～5×10¹⁷/cm³、更優(yōu)選為約1×10¹⁵～1×10¹⁷/cm³。另外，在將鍺、硅、鈦、鋯、釩或鈮作為n型摻雜物形成n+型半導(dǎo)體層時，優(yōu)選使上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜中的鍺、硅、鈦、鋯、釩或鈮的濃度為約1×10²⁰/cm³～1×10²³/cm³，更優(yōu)選為約1×10²⁰/cm³～1×10²¹/cm³。這樣，通過使上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜中含有鍺、硅、鈦、鋯、釩或鈮，與使用錫作為摻雜物時相比，可得到電氣特性優(yōu)異的結(jié)晶性半導(dǎo)體膜。

上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜可直接在基底基板上形成，也可以隔著其它層形成。作為其它層，可舉出其它組成的剛玉結(jié)構(gòu)結(jié)晶薄膜、剛玉結(jié)構(gòu)以外的結(jié)晶薄膜、或者非晶態(tài)薄膜等。作為結(jié)構(gòu)，可以是單層結(jié)構(gòu)也可以是多層結(jié)構(gòu)。另外，也可以在同一層內(nèi)混有2相以上的結(jié)晶相。為多層結(jié)構(gòu)時，結(jié)晶性半導(dǎo)體膜例如通過層疊絕緣性薄膜和導(dǎo)電性薄膜而構(gòu)成，但在本發(fā)明中并不限定于此。應(yīng)予說明，層疊絕緣性薄膜和導(dǎo)電性薄膜構(gòu)成多層結(jié)構(gòu)時，絕緣性薄膜與導(dǎo)電性薄膜的組成可以相同也可以彼此不同。絕緣性薄膜與導(dǎo)電性薄膜的厚度比沒有特別限定，例如(導(dǎo)電性薄膜的厚度)/(絕緣性薄膜的厚度)之比優(yōu)選為0.001～100，更優(yōu)選為0.1～5。該更優(yōu)選的比具體而言例如為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2，3、4、5，也可以在這里例示的任2個數(shù)值之間的范圍內(nèi)。

在本發(fā)明中，例如可通過使用圖19、圖20所示的基座、異常晶粒抑制劑等的霧化CVD法，在基底基板上直接或隔著其它層層疊上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜。

<基底基板>

基底基板只要可成為上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜的支撐體就沒有特別限定。可以是絕緣體基板，也可以是半導(dǎo)體基板，還可以是導(dǎo)電性基板，上述基底基板優(yōu)選為絕緣體基板，優(yōu)選表面具有金屬膜的基板。在本發(fā)明中，上述基底基板優(yōu)選含有具有剛玉結(jié)構(gòu)的結(jié)晶物作為主成分的基板、或者含有具有β-gallia結(jié)構(gòu)的結(jié)晶物作為主成分的基板。含有具有剛玉結(jié)構(gòu)的結(jié)晶物作為主成分的基板只要以基板中的組成比計含有50％的具有剛玉結(jié)構(gòu)的結(jié)晶物就沒有特別限定，在本發(fā)明中，優(yōu)選含有70％以上，更優(yōu)選為90％以上。作為含有具有剛玉結(jié)構(gòu)的結(jié)晶作為主成分的基板，例如可舉出藍寶石基板(例：c面藍寶石基板)、α型氧化鎵基板等。以具有β-gallia結(jié)構(gòu)的結(jié)晶物作為主成分的基板只要以基板中的組成比計含有50％以上的具有β-gallia結(jié)構(gòu)的結(jié)晶物就沒有特別限定，在本發(fā)明中優(yōu)選含有70％以上，更優(yōu)選為90％以上。作為以具有β-gallia結(jié)構(gòu)的結(jié)晶作為主成分的基板，例如可舉出β-Ga₂O₃基板，或者含有Ga₂O₃和Al₂O₃、Al₂O₃多于0wt％且為60wt％以下的混晶體基板等。作為其它基底基板的例子，可舉出具有六方晶結(jié)構(gòu)的基板(例：SiC基板、ZnO基板、GaN基板)等。優(yōu)選在具有六方晶結(jié)構(gòu)的基板上直接或隔著其它層(例：緩沖層等)形成上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜。基底基板的厚度在本發(fā)明中沒有特別限定，優(yōu)選為50～2000μm，更優(yōu)選為200～800μm。

上述基底基板為表面具有金屬膜的基板時，上述金屬膜可以設(shè)在基板表面的一部分或全部，可設(shè)置網(wǎng)狀或點狀的金屬膜。另外，上述金屬膜的厚度沒有特別限定，優(yōu)選為10～1000nm，更優(yōu)選為10～500nm。作為上述金屬膜的構(gòu)成材料，例如可舉出白金(Pt)、金(Au)、鈀(Pd)、銀(Ag)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、錳(Mn)、鉬(Mo)、鋁(Al)或鉿(Hf)等金屬或它們的合金等。應(yīng)予說明，上述金屬優(yōu)選單軸取向。單軸取向的金屬是在膜厚方向和膜面內(nèi)方向、或者在膜厚方向等恒定方向具有單一結(jié)晶方位的金屬即可，也包括單軸擇優(yōu)取向的金屬。在本發(fā)明中，優(yōu)選在膜厚方向單軸取向。關(guān)于取向，可通過X射線衍射法來確認是否在單軸取向。例如，當(dāng)來源于單軸取向的結(jié)晶面的峰與來源于其它結(jié)晶面的峰的積分強度比大于(優(yōu)選大一倍以上、更優(yōu)選大一個位數(shù)級以上)隨機取向的同一結(jié)晶粉末的來源于單軸取向結(jié)晶面的峰與來源于其它結(jié)晶面的峰的積分強度比時，可判斷為在單軸取向。

在本發(fā)明中，上述基底基板優(yōu)選為藍寶石基板(例：c面藍寶石基板)、α型氧化鎵基板、β-Ga₂O₃基板、或者含有Ga₂O₃和Al₂O₃且Al₂O₃大于0wt％且為60wt％以下的混晶體基板、或者表面形成有金屬膜的這些基板。通過使用這樣的優(yōu)選的基底基板，上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜的雜質(zhì)的碳含量、載流子濃度和半寬度與使用其它基底基板的情況相比可得到進一步降低。

上述霧化CVD法只要是具備如下工序的成膜方法就沒有特別限定：例如利用超聲波振子使原料霧化而產(chǎn)生霧的工序(1)；供給載氣的工序(2)；以及通過載氣將上述霧搬運至保持在基座的上述基底基板而進行成膜的工序(3)。作為上述霧化法，更具體而言，例如可舉出霧化外延法、霧化CVD法等。

上述工序(1)只要將原料霧化而產(chǎn)生霧就沒有特別限定。工序(1)中，可使用將原料霧化而產(chǎn)生霧的霧發(fā)生器。上述霧發(fā)生器只要能使原料霧化而產(chǎn)生霧就沒有特別限定，可以是公知的霧發(fā)生器，在本發(fā)明中，優(yōu)選利用超聲波使原料霧化而產(chǎn)生霧。應(yīng)予說明，關(guān)于原料將在下文敘述。

上述工序(2)只要供給載氣就沒有特別限定。上述載氣只要是能將使原料霧化而產(chǎn)生的霧搬運到基板上的氣體狀就沒有特別限定。作為上述載氣，沒有特別限定，例如可舉出氧氣、氮氣、氬氣、合成氣體等。

上述工序(3)只要可通過載氣將上述霧搬運到保持在基座的上述基底基板而進行成膜就沒有特別限定。工序(3)中，優(yōu)選使用通過載氣將霧搬運至上述基板而能在供給管內(nèi)進行成膜的管狀爐。

在本發(fā)明中，工序(3)中在供給管內(nèi)進行成膜時，作為上述基座，例如優(yōu)選使用圖19、圖20所示的基座形成上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜。

圖19表示基座的一個方式。圖19所示的基座51具備霧加速部52、基板保持部53和支撐部54。支撐部54為棒狀，在中途改變角度而構(gòu)成為使支撐部54與供給管55的接觸角為約90°。通過采用這樣的構(gòu)成，可提高基座51的穩(wěn)定性，但在本發(fā)明中，支撐部54的形狀沒有特別限定，可使用適宜的各種形狀。

圖19(a)表示從霧的上游向下游方向直到基板的供給管內(nèi)的截面，可知供給管的基板側(cè)表面的外周形狀為大致半圓形，沿上述供給管的內(nèi)周為大致相同的形狀。圖19(b)表示以霧的上游為左、下游為右時的供給管、基板和基座的截面。霧在其性質(zhì)上于供給管中不容易沉降，但基座51中將霧加速部52傾斜設(shè)置，構(gòu)成為能夠使沉降的霧加速上升而搬運至基板。

圖20中，在供給管55內(nèi)將圖19所示的基座和基板的區(qū)域表示為基板·基座區(qū)域61，將排出未反應(yīng)的霧的區(qū)域表示為排出區(qū)域62，從而可明確基座和基板的總面積與排出區(qū)域面積的關(guān)系。在本發(fā)明中，如圖20所示，在被分為上述基座所占據(jù)的基座區(qū)域、上述基板區(qū)域、以及排出未反應(yīng)的霧的排出區(qū)域的上述供給管內(nèi)的截面，上述基座區(qū)域與上述基板的總面積優(yōu)選大于上述排出區(qū)域的面積。通過使用這樣的優(yōu)選的基座，能夠在基板上使霧加速，可得到更均勻也更厚的結(jié)晶性半導(dǎo)體膜。

應(yīng)予說明，在形成上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜時，可使用摻雜物進行摻雜處理。另外，在本發(fā)明中，通常在上述原料中含有異常晶粒抑制劑來進行摻雜處理。通過在上述原料中含有異常晶粒抑制劑來進行摻雜處理，可得到表面平滑性優(yōu)異的結(jié)晶性半導(dǎo)體膜。摻雜量只要不阻礙本發(fā)明的目的就沒有特別限定，在原料中以摩爾比計優(yōu)選為0.01～10％，更優(yōu)選為0.1～5％。

上述異常晶粒抑制劑是指具有在成膜過程中抑制副產(chǎn)物粒子產(chǎn)生的效果的添加劑，只要能夠使結(jié)晶性半導(dǎo)體膜的表面粗糙度(Ra)例如為0.1μm以下就沒有特別限定，在本發(fā)明中，優(yōu)選為由選自Br、I、F和Cl中的至少1種構(gòu)成的異常晶粒抑制劑。若為穩(wěn)定成膜而在膜中導(dǎo)入Br、I作為異常晶粒抑制劑，則可抑制異常晶粒生長導(dǎo)致的表面粗糙度變差。異常晶粒抑制劑添加量只要能夠抑制異常晶粒就沒有特別限定，優(yōu)選在原料溶液中以體積比計為50％以下，更優(yōu)選為30％以下，最優(yōu)選為在1～30％的范圍內(nèi)。通過以這樣的優(yōu)選的范圍使用異常晶粒抑制劑，能夠發(fā)揮出作為異常晶粒抑制劑的功能，因此能夠抑制結(jié)晶性半導(dǎo)體膜的異常晶粒的生長而使表面平滑。

結(jié)晶性半導(dǎo)體膜的形成方法只要不阻礙本發(fā)明的目的就沒有特別限定，例如可通過如下方式形成：根據(jù)結(jié)晶性半導(dǎo)體膜的組成，組合鎵化合物和根據(jù)期望而使用的銦化合物或鋁化合物等，使組合而成的原料進行反應(yīng)。由此，能夠在基底基板上從基底基板側(cè)開始使結(jié)晶性半導(dǎo)體膜進行結(jié)晶生長。作為鎵化合物，可以將鎵金屬作為起始原料，在成膜前轉(zhuǎn)化為鎵化合物。作為鎵化合物，例如可舉出鎵的有機金屬配合物(例如乙酰丙酮化物配合物等)、鹵化物(例如氟化、氯化、溴化或碘化物等)等，在本發(fā)明中，優(yōu)選使用鹵化物(例如氟化、氯化、溴化或碘化物等)。通過使用鹵化物作為原料化合物采用霧化CVD進行成膜，能夠使上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜中實質(zhì)上不含有碳。

更具體而言，結(jié)晶性半導(dǎo)體膜可通過如下方式形成：將從原料化合物溶解而成的原料溶液生成的原料微粒供給至成膜室，使用上述基座在上述成膜室內(nèi)使上述原料化合物進行反應(yīng)。原料溶液的溶劑沒有特別限定，優(yōu)選水、雙氧水或有機溶劑。在本發(fā)明中，通常在摻雜物原料的存在下使上述原料化合物反應(yīng)。應(yīng)予說明，摻雜物原料優(yōu)選包含在原料溶液中，與原料化合物一起或分別被微粒化。上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜中含有的碳比摻雜物少，優(yōu)選能使上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜中實質(zhì)上不含碳。應(yīng)予說明，本發(fā)明的結(jié)晶性半導(dǎo)體膜還有鹵素(優(yōu)選Br)可形成良好的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，因而優(yōu)選。作為摻雜物原料，例如可舉出錫、鍺、硅、鈦、鋯、釩或鈮的金屬單體或化合物(例如鹵化物、氧化物等)等。

通過如上所述進行成膜，能夠在工業(yè)上有利地得到膜厚為1μm以上的結(jié)晶性半導(dǎo)體膜。應(yīng)予說明，在本發(fā)明中，可通過適當(dāng)調(diào)整成膜時間而使膜厚為1μm以上。

在本發(fā)明中，可以在成膜后進行退火處理。退火處理的溫度沒有特別限定，優(yōu)選600℃以下，更優(yōu)選550℃以下。通過在這樣的優(yōu)選的溫度下進行退火處理，能夠更適宜地調(diào)節(jié)上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜的載流子濃度。退火處理的處理時間只要不阻礙本發(fā)明的目的就沒有特別限定，優(yōu)選為10秒～10小時，更優(yōu)選為10秒～1小時。

可將上述基底基板從上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜剝離。剝離方法只要不阻礙本發(fā)明的目的就沒有特別限定，可以是公知方法。作為剝離方法，例如可舉施加出機械沖擊進行剝離的方法；通過加熱利用熱應(yīng)力而進行剝離的方法；施加超聲波等振動進行剝離的方法；通過蝕刻進行剝離的方法等。通過上述剝離，可作為自支撐膜得到上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜。

應(yīng)予說明，基底基板為表面形成有金屬膜的基板時，可以僅剝離基板部分，金屬膜可以殘留在半導(dǎo)體層表面。通過將金屬膜殘留在半導(dǎo)體層表面，能夠容易且良好地在半導(dǎo)體表面上形成電極。

另外，上述成膜可反復(fù)進行，通過反復(fù)進行成膜，能夠使膜厚更厚，也可得到含有具有剛玉結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體作為主成分的板狀體。應(yīng)予說明，在本發(fā)明中，也可以在上述自支撐膜上再次形成結(jié)晶性半導(dǎo)體膜。

在本發(fā)明中，通過如上所述進行成膜，能夠得到厚度為7.6μm以上、優(yōu)選10μm以上、更優(yōu)選15μm以上、最優(yōu)選50μm以上的板狀體。上述板狀體不僅可用作半導(dǎo)體層，還可用作基板。

上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜或上述板狀體具有對半導(dǎo)體裝置而言有用的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明中，可將上述結(jié)晶性半導(dǎo)體膜或上述板狀體直接、或者根據(jù)希望進一步實施加工等處理后作為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)應(yīng)用于半導(dǎo)體裝置。另外，將上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)用于半導(dǎo)體裝置時，可將本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)直接用于半導(dǎo)體裝置，也可以進一步形成其它層(例如絕緣體層、半絕緣體層、導(dǎo)體層、半導(dǎo)體層、緩沖層或其它中間層等)等。

本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)對于各種半導(dǎo)體裝置均有用，尤其對于功率設(shè)備有用。另外，半導(dǎo)體裝置可分為電極形成在半導(dǎo)體層的一面?zhèn)鹊呐P式元件(臥式設(shè)備)和在半導(dǎo)體層的表背兩面?zhèn)确謩e具有電極的立式元件(立式設(shè)備)，在本發(fā)明中，可將上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)適用于臥式設(shè)備也可適用于立式設(shè)備，其中，優(yōu)選用于立式設(shè)備。作為上述半導(dǎo)體裝置，例如可舉出肖特基勢壘二極管(SBD)、金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MESFET)、高電子遷移率晶體管(HEMT)、金屬氧化膜半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)、靜電感應(yīng)晶體管(SIT)、結(jié)型場效應(yīng)晶體管(JFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)或發(fā)光二極管等。在本發(fā)明中，上述半導(dǎo)體裝置優(yōu)選為SBD、MOSFET、SIT、JFET或IGBT，更優(yōu)選為SBD、MOSFET或SIT。另外，在本發(fā)明中，上述半導(dǎo)體裝置可以不含有p型半導(dǎo)體層。

以下，使用附圖說明將上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的結(jié)晶性半導(dǎo)體膜應(yīng)用于n型半導(dǎo)體層(n+型半導(dǎo)體、n-型半導(dǎo)體等)時的優(yōu)選例，但本發(fā)明并不限定于這些例子。應(yīng)予說明，以下例示的半導(dǎo)體裝置中，只要不阻礙本發(fā)明的目的，還可以含有其它層(例如絕緣體層、半絕緣體層、導(dǎo)體層、半導(dǎo)體層、緩沖層或其它中間層等)等，另外，緩沖層(buffer層)等也可以省略。

(SBD)

圖1表示本發(fā)明所涉及的肖特基勢壘二極管(SBD)的一個例子。圖1的SBD具備n-型半導(dǎo)體層101a、n+型半導(dǎo)體層101b、肖特基電極105a和歐姆電極105b。

肖特基電極和歐姆電極的材料可以是公知的電極材料，作為上述電極材料，例如可舉出Al、Mo、Co、Zr、Sn、Nb、Fe、Cr、Ta、Ti、Au、Pt、V、Mn、Ni、Cu、Hf、W、Ir、Zn、In、Pd、Nd或Ag等金屬或者它們的合金、氧化錫、氧化鋅、氧化銦、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅銦(IZO)等金屬氧化物導(dǎo)電膜、聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯等有機導(dǎo)電性化合物、或者它們的混合物等。

肖特基電極和歐姆電極的形成例如可通過真空蒸鍍法或濺射法等公知的方法進行。更具體而言，例如在形成肖特基電極時，可通過如下方式進行：使由Mo構(gòu)成的層和由Al構(gòu)成的層層疊，對由Mo構(gòu)成的層和由Al構(gòu)成的層實施利用光刻法的圖案化。

在對圖1的SBD施加有反向偏壓的情況下，空乏層(未圖示)擴大到n型半導(dǎo)體層101a中，因此成為高耐壓的SBD。另外，在施加有正向偏壓的情況下，電子從歐姆電極105b流向肖特基電極105a。這樣使用了上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的SBD對于高耐壓·大電流用途優(yōu)異，轉(zhuǎn)換速度也快，耐壓性·可靠性優(yōu)異。

圖2表示本發(fā)明所涉及的肖特基勢壘二極管(SBD)的一個例子。圖2的SBD除了圖1的SBD的構(gòu)成之外，還具備絕緣體層104。更具體而言，具備n-型半導(dǎo)體層101a、n+型半導(dǎo)體層101b、肖特基電極105a、歐姆電極105b和絕緣體層104。

作為絕緣體層104的材料，例如可舉出GaO、AlGaO、InAlGaO、AlInZnGaO₄、AlN、Hf₂O₃、SiN、SiON、Al₂O₃、MgO、GdO、SiO₂或Si₃N₄等，在本發(fā)明中，優(yōu)選具有剛玉結(jié)構(gòu)的材料。通過將具有剛玉結(jié)構(gòu)的絕緣體用于絕緣體層，能夠使界面處的半導(dǎo)體特性的功能得到良好體現(xiàn)。絕緣體層104設(shè)置在n-型半導(dǎo)體層101與肖特基電極105a之間。絕緣體層的形成例如可通過濺射法、真空蒸鍍法或CVD法等公知方法進行。

對于肖特基電極、歐姆電極的形成和材料等，與上述圖1的SBD的情況相同，例如可使用濺射法、真空蒸鍍法、壓接法、CVD法等公知方法，例如形成由Al、Mo、Co、Zr、Sn、Nb、Fe、Cr、Ta、Ti、Au、Pt、V、Mn、Ni、Cu、Hf、W、Ir、Zn、In、Pd、Nd或Ag等金屬或者它們的合金、氧化錫、氧化鋅、氧化銦、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅銦(IZO)等金屬氧化物導(dǎo)電膜、聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯等有機導(dǎo)電性化合物或它們的混合物等構(gòu)成的電極。

圖2的SBD與圖1的SBD相比，絕緣特性更優(yōu)異，具有更高的電流控制性。

圖3的SBD表示本發(fā)明所涉及的肖特基勢壘二極管(SBD)的一個例子。圖3的SBD與圖1、圖2的SBD的構(gòu)成相比，在具有溝結(jié)構(gòu)且具備半絕緣體層103這點有很大差異。圖3的SBD具備n-型半導(dǎo)體層101a、n+型半導(dǎo)體層101b、肖特基電極105a、歐姆電極105b和半絕緣體層103，能夠在維持耐壓性的基礎(chǔ)上大幅減少漏電流，還可實現(xiàn)大幅度的低導(dǎo)通電阻化。

半絕緣體層103由半絕緣體構(gòu)成即可，作為上述半絕緣體，例如可舉出含有鎂(Mg)、釕(Ru)、鐵(Fe)、鈹(Be)、銫(Cs)、鍶、鋇等半絕緣體摻雜物的半絕緣體，或者經(jīng)過摻雜處理的半絕緣體等。

(MESFET)

圖4表示本發(fā)明所涉及的金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MESFET)的一個例子。圖4的MESFET具備n-型半導(dǎo)體層111a、n+型半導(dǎo)體層111b、緩沖層(buffer層)118、半絕緣體層114、柵電極115a、源電極115b和漏電極115c。

柵電極、漏電極和源電極的材料可以是公知的電極材料，作為上述電極材料，例如可舉出Al、Mo、Co、Zr、Sn、Nb、Fe、Cr、Ta、Ti、Au、Pt、V、Mn、Ni、Cu、Hf、W、Ir、Zn、In、Pd、Nd或Ag等金屬或者它們的合金、氧化錫、氧化鋅、氧化銦、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅銦(IZO)等金屬氧化物導(dǎo)電膜、聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯等有機導(dǎo)電性化合物、或者它們的混合物等。柵電極、漏電極和源電極的形成例如可通過真空蒸鍍法或濺射法等公知的方法進行。

半絕緣體層114由半絕緣體構(gòu)成即可，作為上述半絕緣體，例如可舉出含有鎂(Mg)、釕(Ru)、鐵(Fe)、鈹(Be)、銫(Cs)、鍶、鋇等半絕緣體摻雜物的半絕緣體，或者經(jīng)過摻雜處理的半絕緣體等。

圖4的MESFET中，在柵電極下形成有良好的空乏層，因此能夠效率良好地控制從漏電極流向源電極的電流。

(HEMT)

圖5表示本發(fā)明所涉及的高電子遷移率晶體管(HEMT)的一個例子。圖5的HEMT具備帶隙款的n型半導(dǎo)體層121a、帶隙窄的n型半導(dǎo)體層121b、n+型半導(dǎo)體層121c、半絕緣體層124、緩沖層128、柵電極125a、源電極125b和漏電極125c。

柵電極、漏電極和源電極的材料可分別是公知的電極材料，作為上述電極材料，例如可舉出Al、Mo、Co、Zr、Sn、Nb、Fe、Cr、Ta、Ti、Au、Pt、V、Mn、Ni、Cu、Hf、W、Ir、Zn、In、Pd、Nd或Ag等金屬或者它們的合金、氧化錫、氧化鋅、氧化銦、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅銦(IZO)等金屬氧化物導(dǎo)電膜、聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯等有機導(dǎo)電性化合物、或者它們的混合物等。柵電極、漏電極和源電極的形成例如可通過真空蒸鍍法或濺射法等公知的方法進行。

應(yīng)予說明，柵電極下的n型半導(dǎo)體層至少由帶隙寬的層121a和窄的層121b構(gòu)成，半絕緣體層124由半絕緣體構(gòu)成即可，作為上述半絕緣體，例如可舉出含有釕(Ru)、鐵(Fe)等半絕緣體摻雜物的半絕緣體，或者經(jīng)過摻雜處理的半絕緣體等。

圖5的HEMT中，由于在柵電極下形成有良好的空乏層，所以能夠效率良好地控制從漏電極流向源電極的電流。另外，在本發(fā)明中，通過進一步形成凹陷結(jié)構(gòu)，可表現(xiàn)出常閉狀態(tài)。

(MOSFET)

將本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置為MOSFET的情況的一個例子示于圖6。圖6的MOSFET為溝道型MOSFET，具備n-型半導(dǎo)體層131a、n+型半導(dǎo)體層131b和131c、柵絕緣膜134、柵電極135a、源電極135b和漏電極135c。

在漏電極135c上形成有例如厚度100nm～100μm的n+型半導(dǎo)體層131b，上述n+型半導(dǎo)體層131b上形成有例如厚度100nm～100μm的n-型半導(dǎo)體層131a。而且在上述n-型半導(dǎo)體層131a上形成有n+型半導(dǎo)體層131c，在上述n+型半導(dǎo)體層131c上形成有源電極135b。

另外，在上述n-型半導(dǎo)體層131a和上述n+型半導(dǎo)體層131c內(nèi)貫通有上述n+半導(dǎo)體層131c、且形成有到達上述n-型半導(dǎo)體層131a的中途深度的多個溝槽。上述溝槽內(nèi)例如介由10nm～1μm厚度的柵絕緣膜134埋入形成有柵電極135a。

在圖6的MOSFET的導(dǎo)通狀態(tài)下，在上述源電極135b與上述漏電極135c之間施加電壓,若對上述柵電極135a賦予相對于上述源電極135b為正的電壓,則在上述n-型半導(dǎo)體層131a的側(cè)面形成溝道層，電子被注入上述n-型半導(dǎo)體層131a，從而導(dǎo)通。對于關(guān)閉狀態(tài)，通過使上述柵電極的電壓為0V，溝道層不再形成，成為n-型半導(dǎo)體層131a被空乏層充滿的狀態(tài)，從而關(guān)閉。

圖7表示圖6的MOSFET的制造工序的一部分。例如示于圖7(a)所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，在n-型半導(dǎo)體層131a和n+型半導(dǎo)體層131c的規(guī)定區(qū)域設(shè)置蝕刻掩模，遮蔽上述蝕刻掩模后，采用反應(yīng)性離子蝕刻法等進行各向異性蝕刻，如圖7(b)所示，形成從上述n+型半導(dǎo)體層131c表面到上述n-型半導(dǎo)體層131a中途深的溝槽。接著，如圖7(c)所示，示于熱氧化法、真空蒸鍍法、濺射法、CVD法等公知的方法在上述溝槽的側(cè)面和底面形成例如50nm～1μm厚的柵絕緣膜134后，使用CVD法、真空蒸鍍法、濺射法等在上述溝槽中形成例如n-型半導(dǎo)體層的厚度以下的多晶硅等柵電極材料135a。

然后，可通過使用真空蒸鍍法、濺射法、CVD法等公知的方法，在n+型半導(dǎo)體層131c上形成源電極135b、在n+型半導(dǎo)體層131b上形成漏電極135c來制造功率MOSFET。應(yīng)予說明，源電極和漏電極的電極材料可分別是公知的電極材料，作為上述電極材料，例如可舉出Al、Mo、Co、Zr、Sn、Nb、Fe、Cr、Ta、Ti、Au、Pt、V、Mn、Ni、Cu、Hf、W、Ir、Zn、In、Pd、Nd或Ag等金屬或者它們的合金、氧化錫、氧化鋅、氧化銦、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅銦(IZO)等金屬氧化物導(dǎo)電膜、聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯等有機導(dǎo)電性化合物、或者它們的混合物等。

這樣得到的MOSFET與現(xiàn)有的溝道型MOSFET相比，耐壓性更優(yōu)異。應(yīng)予說明，圖6中示出了溝道型的立式MOSFET的例子，但在本發(fā)明中并不限定于此，可適用于各種MOSFET。例如也可以將圖6的溝槽深度挖掘至到達n-型半導(dǎo)體層131a底面的深度，以降低串聯(lián)電阻。應(yīng)予說明，將臥式MOSFET的情況的一個例子示于圖8。圖8的MOSFET具備n-型半導(dǎo)體層131a、第1n+型半導(dǎo)體層131b、第2n+型半導(dǎo)體層131c、柵絕緣膜134、柵電極135a、源電極135b、漏電極135c、緩沖層138和半絕緣體層139。如圖8所示，通過將n+型半導(dǎo)體層埋入n-型半導(dǎo)體層，與其它臥式MOSFET相比，能夠使電流更良好地流通。

(SIT)

圖9表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置為SIT時的一個例子。圖9的SIT具備n-型半導(dǎo)體層141a、n+型半導(dǎo)體層141b和141c、柵電極145a、源電極145b和漏電極145c。

在漏電極145c上形成有例如厚度100nm～100μm的n+型半導(dǎo)體層141b，在上述n+型半導(dǎo)體層141b上例如形成有厚度100nm～100μm的n-型半導(dǎo)體層141a。并且，在上述n-型半導(dǎo)體層141a上形成有n+型半導(dǎo)體層141c，上述n+型半導(dǎo)體層141c上形成有源電極145b。

另外，在上述n-型半導(dǎo)體層141a內(nèi)貫穿有上述n+半導(dǎo)體層141c，且形成有到達上述n-半導(dǎo)體層141a中途深的多個溝槽。在上述溝槽內(nèi)的n-型半導(dǎo)體層上形成有柵電極145a。

在圖9的SIT的導(dǎo)通狀態(tài)下，在上述源電極145b與上述漏電極145c之間施加電壓，若對上述柵電極145a施加相對于上述源電極145b為正的電壓，則在上述n-型半導(dǎo)體層141a內(nèi)形成溝道層，電子被注入到上述n-型半導(dǎo)體層141a，從而導(dǎo)通。對于關(guān)閉狀態(tài)，通過使上述柵電極的電壓為0V，溝道層不再形成，n-型半導(dǎo)體層141a成為被空乏層充滿的狀態(tài)，從而關(guān)閉。

圖9所示的SIT的制造中可使用公知的方法。例如使用圖7(a)所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，與上述圖7的MOSFET的制造工序同樣地在n-型半導(dǎo)體層141a和n+型半導(dǎo)體層141c的規(guī)定區(qū)域設(shè)置蝕刻掩模，遮蔽上述蝕刻掩模后例如采用反應(yīng)性離子蝕刻法等進行各向異性蝕刻，形成從上述n+型半導(dǎo)體層141c表面到達上述n-型半導(dǎo)體層141a中途深度的溝槽。接著，采用CVD法、真空蒸鍍法、濺射法等在上述溝槽中例如形成n-型半導(dǎo)體層厚度以下的多晶硅等柵電極材料。然后，采用真空蒸鍍法、濺射法、CVD法等公知的方法分別在n+型半導(dǎo)體層141c上形成源電極145b，在n+型半導(dǎo)體層141b上形成漏電極145c，由此可制造圖9所示的SIT。

應(yīng)予說明，源電極和漏電極的電極材料分別可以為公知的電極材料，作為上述電極材料，例如可舉出Al、Mo、Co、Zr、Sn、Nb、Fe、Cr、Ta、Ti、Au、Pt、V、Mn、Ni、Cu、Hf、W、Ir、Zn、In、Pd、Nd或Ag等金屬或者它們的合金、氧化錫、氧化鋅、氧化銦、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅銦(IZO)等金屬氧化物導(dǎo)電膜、聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯等有機導(dǎo)電性化合物、或者它們的混合物等。

上述例中示出了未使用p型半導(dǎo)體的例子，但在本發(fā)明中并不限定于此，也可使用p型半導(dǎo)體。將使用p型半導(dǎo)體的例子示于圖10～16。這些半導(dǎo)體裝置可以與上述例同樣地制造。應(yīng)予說明，p型半導(dǎo)體可以是與n型半導(dǎo)體相同的材料且含有p型摻雜物，還可以是不同的p型半導(dǎo)體。

圖10表示具備n-型半導(dǎo)體層101a、n+型半導(dǎo)體層101b、p型半導(dǎo)體層102、絕緣體層104、肖特基電極105a和歐姆電極105b的肖特基勢壘二極管(SBD)的優(yōu)選例。

圖11表示具備n-型半導(dǎo)體層101a、n+型半導(dǎo)體層101b、p型半導(dǎo)體層102、肖特基電極105a和歐姆電極105b的溝道型肖特基勢壘二極管(SBD)的優(yōu)選例。根據(jù)溝道型的SBD，能夠在維持耐壓性的同時大幅度減少漏電流，還可實現(xiàn)大幅度的低導(dǎo)通電阻化。

圖12表示具備帶隙寬的n型半導(dǎo)體層121a、帶隙窄的n型半導(dǎo)體層121b、n+型半導(dǎo)體層121c、p型半導(dǎo)體層123、柵電極125a、源電極125b、漏電極125c和基板129的高電子遷移率晶體管(HEMT)的優(yōu)選例。

圖13表示具備n-型半導(dǎo)體層131a、第1n+型半導(dǎo)體層131b、第2n+型半導(dǎo)體層131c、p型半導(dǎo)體層132、p+型半導(dǎo)體層132a、柵絕緣膜134、柵電極135a、源電極135b和漏電極135c的金屬氧化膜半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的優(yōu)選例。應(yīng)予說明，p+型半導(dǎo)體層132a可以是p型半導(dǎo)體層，可以與p型半導(dǎo)體層132相同。

圖14表示具備n-型半導(dǎo)體層141a、第1n+型半導(dǎo)體層141b、第2n+型半導(dǎo)體層141c、p型半導(dǎo)體層142、柵電極145a、源電極145b和漏電極145c的結(jié)型場效應(yīng)晶體管(JFET)的優(yōu)選例。

圖15表示具備n型半導(dǎo)體層151、n-型半導(dǎo)體層151a、n+型半導(dǎo)體層151b、p型半導(dǎo)體層152、柵絕緣膜154、柵電極155a、發(fā)射電極155b和集電極155c的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的優(yōu)選例。

(LED)

將本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置為發(fā)光二極管(LED)時的一個例子示于圖16。圖16的半導(dǎo)體發(fā)光元件在第2電極165b上具備n型半導(dǎo)體層161，在n型半導(dǎo)體層161上層疊有發(fā)光層163。而且在發(fā)光層163上層疊有p型半導(dǎo)體層162。在p型半導(dǎo)體層162上具備可透過發(fā)光層163產(chǎn)生的光的透光性電極167，在透光性電極167上層疊有第1電極165a。應(yīng)予說明，圖16的半導(dǎo)體發(fā)光元件除了電極部分可由保護層覆蓋。

作為透光性電極的材料，可舉出含有銦(In)或鈦(Ti)的氧化物的導(dǎo)電性材料等。更具體而言，例如可舉出In₂O₃、ZnO、SnO₂、Ga₂O₃、TiO₂、CeO₂或它們中的2者以上的混晶或者摻雜有它們的材料?？赏ㄟ^采用濺射等公知方法設(shè)置這些材料來形成透光性電極。另外，在形成透光性電極后，為使透光性電極透明化，可以實施熱退火。

根據(jù)圖16的半導(dǎo)體發(fā)光元件，通過將第1電極165a作為正極，將第2電極165b作為負極，并介由兩者在p型半導(dǎo)體層162、發(fā)光層163和n型半導(dǎo)體層161中流通電流，從而發(fā)光層163發(fā)光。

作為第1電極165a和第2電極165b的材料，例如可舉出Al、Mo、Co、Zr、Sn、Nb、Fe、Cr、Ta、Ti、Au、Pt、V、Mn、Ni、Cu、Hf、W、Ir、Zn、In、Pd、Nd或Ag等金屬或者它們的合金、氧化錫、氧化鋅、氧化銦、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅銦(IZO)等金屬氧化物導(dǎo)電膜、聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯等有機導(dǎo)電性化合物、或者它們的混合物等。電極的形成法沒有特別限定，可以考慮與上述材料的適應(yīng)性從下述方式中適當(dāng)選擇，按所選擇的方法在上述基板上形成：印刷方式、噴霧法、涂覆方式等濕式方式、真空蒸鍍法、濺射法、離子電鍍法等物理方式、CVD、等離子體CVD法等化學(xué)方式等。

應(yīng)予說明，將發(fā)光元件的另一方式示于圖17。圖17的發(fā)光元件中，在基板169上層疊有n型半導(dǎo)體層161，在通過將p型半導(dǎo)體層162、發(fā)光層163和n型半導(dǎo)體層161的一部分開槽而露出的n型半導(dǎo)體層161的半導(dǎo)體層露出面上的一部分層疊有第2電極165b。

【實施例】

以下，說明本發(fā)明的實施例。

<實施例1>

1.成膜裝置

使用圖18，對本實施例中使用的霧化CVD裝置19進行說明。霧化CVD裝置19具備載置基板20的基座21、供給載氣的載氣供給單元22、用于調(diào)節(jié)從載氣供給單元22送出的載氣的流量的流量調(diào)節(jié)閥23、收容原料溶液24a的霧發(fā)生源24、裝水25a的容器25、安裝于容器25底面的超聲波振子26、由內(nèi)徑40mm的石英管構(gòu)成的供給管27、設(shè)置在供給管27周邊部的加熱器28。基座21由石英構(gòu)成，載置基板20的表面從水平面傾斜。通過使供給管27和基座21均由石英制作，可抑制來源于裝置的雜質(zhì)混入在基板20上形成的膜內(nèi)。

應(yīng)予說明，作為基座21，使用圖19所示的基座51。應(yīng)予說明，使基座的傾斜角設(shè)為45°，將供給管內(nèi)的基板·基座的總面積構(gòu)成為：如圖19所示，使基座區(qū)域逐漸增大、使排出區(qū)域逐漸減小，如圖20所示，使基座區(qū)域大于排出區(qū)域。

2.原料溶液的制備

以使溴化鎵和氧化鍺成為鍺相對于鎵的原子比為1：0.05的方式制備水溶液。此時，以體積比10％含有48％氫溴酸溶液。在條件1下，氧化鍺的濃度為5.0×10^-3mol/L。

將該原料溶液24a收容在霧發(fā)生源24內(nèi)。

3.成膜準備

接著，作為基板20，將1邊為10mm的正方形且厚度600μm的c面藍寶石基板設(shè)置在基座21上，使加熱器28動作而使供給管27內(nèi)的溫度升溫至500℃。接著，打開流量調(diào)節(jié)閥23從載氣供給單元22向供給管27內(nèi)供給載氣，用載氣充分置換供給管27的氣氛后，將載氣的流量調(diào)節(jié)為5L/min。作為載氣，使用氧氣。

4.膜形成

接著，使超聲波振子26以2.4MHz振動，將該振動通過水25a傳播至原料溶液24a，由此使原料溶液24a微?；?，生成原料微粒。

該原料微粒通過載氣被導(dǎo)入到供給管27內(nèi)，在供給管27內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，通過基板20的成膜面的CVD反應(yīng)而在基板20上形成膜。

5.評價

鑒定所得膜的相。鑒定通過使用XRD衍射裝置以15度到95度的角度進行2θ/ω掃描來進行。測定使用CuKα射線進行。結(jié)果是所得膜為α-Ga₂O₃。另外，所得結(jié)晶性半導(dǎo)體膜的膜厚為3.5μm。

作為所得膜的電氣特性的評價，采用van der pauw法進行霍爾效應(yīng)測定。作為測定環(huán)境，在室溫使外加磁場的頻率為50mHz。其結(jié)果載流子密度為4.33×10¹⁸(1/cm²)，移動度為19(cm²/V·s)。

<實施例2>

以使溴化鎵和氧化鍺成為鍺相對于鎵的原子比為1E-7、1E-6、8E-5、4E-4、2E-3、1E-2、2E-1、8E-1的方式分別調(diào)整原料溶液。此時，以體積比10％含有48％氫溴酸溶液。在與實施例1相同的成膜條件下進行成膜，使用SIMS，在入射離子類型為氧、輸出3kV、200nA的條件下進行雜質(zhì)濃度的定量分析。將其結(jié)果示于圖21。如圖21所示，可知液中摻雜物含有比例與結(jié)晶膜中的摻雜量具有相關(guān)關(guān)系，通過調(diào)整液中摻雜物含有比例，可容易地控制所形成的膜中的摻雜濃度。

<實施例3>

使氧化鍺的濃度為1.0×10^-3mol/L來代替5.0×10^-3mol/L，除此之外，與條件1同樣地，作為n+半導(dǎo)體層，將摻雜有鍺的α-Ga₂O₃膜在c面藍寶石基板上成膜，接著，在膜上，作為n-半導(dǎo)體層，形成未摻雜的α-Ga₂O₃膜。對于n-半導(dǎo)體層的形成，除了不摻雜任何物質(zhì)以外，通過與上述同樣地成膜來進行。所得結(jié)晶性半導(dǎo)體膜的膜厚為7.6μm，成膜時間為180分鐘。然后，如圖22所示，將n-半導(dǎo)體層101a的一部分蝕刻后，通過濺射分別在n+半導(dǎo)體層101b上設(shè)置由Ti構(gòu)成的歐姆電極105b，在n-半導(dǎo)體層101a上設(shè)置由Pt構(gòu)成的肖特基電極105a，制成SBD。

對所得SBD進行SIMS分析(Cs 3kV 200nA Ap16％Raster400)。將結(jié)果示于圖23。由圖23可知，以橫軸的濺射時間計，在經(jīng)過1500秒左右之前不含鍺，另外，在經(jīng)過1500秒到4000秒左右之間均勻含有鍺，可良好地形成有n+型半導(dǎo)體層和n-型半導(dǎo)體層。

<實施例4>

以使溴化鎵、原硅酸四乙酯以無質(zhì)量比計為100：1的方式調(diào)整水溶液。此時，以體積比10％含有48％氫溴酸溶液。溴化硅的濃度為1.0×10^-3mol/L。在成膜溫度500℃、載氣為氮、流量為5L/min的條件下進行90分鐘成膜。應(yīng)予說明，其它成膜條件與實施例1相同。對所得膜使用XRD衍射裝置以15度到95度的角度進行2θ/ω掃描，由此進行相的鑒定。應(yīng)予說明，測定使用CuKα射線。其結(jié)果是所得膜為α-Ga₂O₃。膜厚為2.5μm。

另外，對所得膜進行SIMS分析(Cs 3kV 200nA Ap16％Raster400)。將結(jié)果示于圖24。可知硅摻雜良好。應(yīng)予說明，電氣特性等也顯示出與含鍺的實施例1同等的性能。

<實施例5>

與實施例3同樣地形成結(jié)晶性半導(dǎo)體膜。成膜后通過超聲波振動將結(jié)晶性半導(dǎo)體膜從基板剝離。對所得膜使用XRD衍射裝置以15度到95度的角度進行2θ/ω掃描，由此進行相的鑒定。應(yīng)予說明，測定使用CuKα射線。其結(jié)果是所得膜為α-Ga₂O₃。膜厚為7.6μm、成膜時間為180分鐘。

另外，對所得自支撐膜使用X射線衍射裝置進行結(jié)構(gòu)評價。將X射線衍射圖像示于圖25作為X射線衍射結(jié)果。由圖25可知，不存在基板的衍射斑點，是自支撐膜。

<實施例6>

如圖26所示，在實施例5中得到的自支撐膜171上，使用鎢作為肖特基電極175a，使用銦作為歐姆電極175b，制成SBD。對所得SBD評價電流電壓特性。將結(jié)果示于圖27。

<實施例7>

與實施例1同樣地長時間形成結(jié)晶性半導(dǎo)體膜。對所得膜使用XRD衍射裝置以15度到95度的角度進行2θ/ω掃描，由此進行相的鑒定。應(yīng)予說明，測定使用CuKα射線。其結(jié)果是所得膜為α-Ga₂O₃。另外，膜厚為50μm，若膜厚為50μm，則成為板狀而不再是膜。

<實施例8>

與實施例1同樣地形成結(jié)晶性半導(dǎo)體膜。對所得膜使用XRD衍射裝置以15度到95度的角度進行2θ/ω掃描，由此進行相的鑒定。應(yīng)予說明，測定使用CuKα射線。其結(jié)果是所得膜為α-Ga₂O₃。另外，膜厚為1.9μm。直接使用所得膜如圖28所示制成MESFET。圖28的MESFET具備柵電極185a、源電極185b、漏電極185c、n型半導(dǎo)體層181和基板189。n型半導(dǎo)體層181為α-Ga₂O₃，柵電極185a由白金(Pt)構(gòu)成，源電極185b和漏電極185c分別由鈦(Ti)金(Au)合金形成。將制得的MESFET的DC特性示于圖29。由圖29可知，得到了幾乎沒有漏電流，特別是在柵極電壓-25V下為0.5nA程度的結(jié)果。另外，由于在柵極電壓1V下達到519μA，所以通斷比也為10⁶這樣較高的值。

<實施例9>

9-1.成膜裝置

使用圖30對本實施例中使用的霧化CVD裝置1進行說明。霧化CVD裝置1具備供給載氣的載氣源2a、用于調(diào)節(jié)從載氣源2a送出的載氣的流量的流量調(diào)節(jié)閥3a、供給載氣(稀釋)的載氣(稀釋)源2b、用于調(diào)節(jié)從載氣(稀釋)源2b送出的載氣(稀釋)的流量的流量調(diào)節(jié)閥3b、收容原料溶液4a的霧發(fā)生源4、裝水5a的容器5、安裝于容器5底面的超聲波振子6、成膜室7、從霧發(fā)生源4連接至成膜室7的供給管9、設(shè)置在成膜室7內(nèi)的熱板8、以及將熱反應(yīng)后的霧、液滴和廢棄排出的排氣口11。應(yīng)予說明，在熱板8上設(shè)有基板10。

9-2.原料溶液的制備

將溴化鎵和氧化鍺與水混合，以鍺相對于鎵的原子比為1：0.01的方式調(diào)整水溶液，此時，以體積比10％含有氫溴酸，將其作為原料溶液。

9-3.成膜準備

將上述2.中得到的原料溶液4a收容在霧發(fā)生源4內(nèi)。接著，作為基板10，將4英寸的藍寶石基板設(shè)置在熱板8上，使熱板8動作而使成膜室7內(nèi)的溫度升溫至550℃。接著，打開流量調(diào)節(jié)閥3a、3b，從作為載氣源的載氣供給單元2a、2b向成膜室7內(nèi)供給載氣，用載氣充分置換成膜室7的氣氛后，分別將載氣流量調(diào)節(jié)為5.0L/分鐘，將載氣(稀釋)流量調(diào)節(jié)為0.5L/分鐘。應(yīng)予說明，使用氧氣作為載氣。

9-4.膜形成

接著，使超聲波振子6以2.4MHz振動，將該振動通過水5a傳播至原料溶液4a，由此使原料溶液4a霧化而生成霧4b。該霧4b介由載氣通過供給管9內(nèi)導(dǎo)入到成膜室7內(nèi)，在大氣壓下、550℃于成膜室7內(nèi)霧發(fā)生熱反應(yīng)而在基板10上形成n⁺層。另外，作為第2層，不使用氧化鍺，除此之外，使用與第1層相同的原料溶液在n⁺層上在與第1層同樣的條件下形成n^-層作為2層目。應(yīng)予說明，成膜時間為4小時30分鐘。

另外，使用圖18的霧化CVD裝置使第2層在與上述相同的條件下再生長。成膜時間為120分鐘。結(jié)晶性半導(dǎo)體膜的膜厚總計為11.9μm，其中n⁺層的膜厚為3.8μm，n^-層的膜厚為8.1μm。應(yīng)予說明，使用XRD衍射裝置對所得膜進行相的鑒定，結(jié)果是所得膜均為α-Ga₂O₃。

9-5.電極形成

將藍寶石基板從α-Ga₂O₃膜剝離后，通過蒸鍍分別在n^-層上形成金作為肖特基電極，在n⁺層上形成Ti/Au作為歐姆電極，制成SBD。

9-6.評價

另外，對所得SBD評價電流電壓特性。將正向的結(jié)果示于圖31，將逆向的結(jié)果示于圖32。由結(jié)果可知，半導(dǎo)體的電氣特性優(yōu)異，特別是反向偏壓時的耐壓超過300V，本發(fā)明品具有良好的二極管特性。

<實施例10>

10-1.成膜裝置

與實施例9同樣地使用圖30所示的成膜裝置。

10-2.原料溶液(緩沖層用)的制備

使0.05M的乙酰丙酮鐵水溶液中以體積比1.5％含有鹽酸，將其作為緩沖層用原料溶液。

10-3.成膜準備

將上述10-2.中得到的緩沖層用原料溶液4a收容在霧發(fā)生源4內(nèi)。接著，作為基板10，將藍寶石基板設(shè)置在熱板8上，使熱板8動作而使加熱器的溫度升溫至550℃。接著，打開流量調(diào)節(jié)閥3a、3b，從作為載氣源的載氣供給單元2a、2b向成膜室7內(nèi)供給載氣，用載氣充分置換成膜室7的氣氛后，將載氣的流量調(diào)節(jié)為2.0L/分鐘，將載氣(稀釋)的流量調(diào)節(jié)為0.5L/分鐘。應(yīng)予說明，使用氮氣作為載氣。

10-4.緩沖層的形成

接著，使超聲波振子6以2.4MHz振動，使該振動通過水5a傳播至原料溶液4a，使原料溶液4a霧化而生成霧4b。該霧4b介由載氣通過供給管9內(nèi)導(dǎo)入到成膜室7內(nèi)，在大氣壓下、550℃于成膜室7內(nèi)霧發(fā)生熱反應(yīng)而在基板10上形成緩沖層。應(yīng)予說明，成膜時間為30分鐘。

10-5.原料溶液的制備

準備0.05M的溴化鎵水溶液，此時，以體積比20％含有氫溴酸，再以錫相對于鎵為8原子％的方式加入溴化錫，將其作為原料溶液。

10-6.成膜準備

將上述10-5.中得到的原料溶液4a收容在霧發(fā)生源4內(nèi)。接著，作為基板10，將帶有緩沖層的藍寶石基板設(shè)置在熱板8上，使熱板8動作而使加熱器的溫度升溫至500℃。接著，打開流量調(diào)節(jié)閥3a、3b，從作為載氣源的載氣供給單元2a、2b向成膜室7內(nèi)供給載氣，用載氣充分置換成膜室7的氣氛后，將載氣流量調(diào)節(jié)為1.0L/分鐘，將載氣(稀釋)流量調(diào)節(jié)為0.5L/分鐘。應(yīng)予說明，使用合成氣體(H₂：N₂＝5：95)作為載氣。

10-7.膜形成

接著，使超聲波振子6以2.4MHz振動，將該振動通過水5a傳播至原料溶液4a，由此使原料溶液4a霧化而生成霧4b。該霧4b介由載氣通過供給管9內(nèi)導(dǎo)入到成膜室7內(nèi)，在大氣壓下、500℃于成膜室7內(nèi)霧發(fā)生熱反應(yīng)而在基板10上形成緩沖層。應(yīng)予說明，成膜時間為300分鐘。

10-8.剝離膜

用濃鹽酸溶解緩沖層，將上述10-4.中得到的膜從基板剝離。所得膜的膜厚為4μm。另外，使用X射線衍射裝置進行膜的鑒定，結(jié)果為α-Ga₂O₃。將XRD的結(jié)果示于圖33。由圖33可知，沒有藍寶石基板的峰和緩沖層的峰，得到α-Ga₂O₃的完美的剝離膜。另外，將所得α-Ga₂O₃膜用激光器切成1mm見方。將切割前的α-Ga₂O₃膜的照片示于圖34，將切割夠的α-Ga₂O₃膜示于圖35。由圖34可知，所得剝離膜具有5mm見方以上的大面積。另外，由圖35可知，能夠切割出1mm見方的優(yōu)質(zhì)的α-Ga₂O₃膜。

【產(chǎn)業(yè)上的可利用性】

本發(fā)明的結(jié)晶性半導(dǎo)體膜和板狀體可用于半導(dǎo)體(例如化合物半導(dǎo)體電子設(shè)備等)、電子部件·電氣設(shè)備部件、光學(xué)·電子照片相關(guān)裝置、工業(yè)部件等所有領(lǐng)域，由于半導(dǎo)體特性優(yōu)異，尤其對于半導(dǎo)體裝置有用。

【符號説明】

1 霧化CVD裝置

2a 載氣源

2b 載氣(稀釋)源

3a 流量調(diào)節(jié)閥

3b 流量調(diào)節(jié)閥

4 霧發(fā)生源

4a 原料溶液

4b 霧

5 容器

5a 水

6 超聲波振子

7 成膜室

8 熱板

9 供給管

10 基板

11 排氣口

19 霧化CVD裝置

20 基板

21 基座

22 載氣供給單元

23 流量調(diào)節(jié)閥

24 霧發(fā)生源

24a 原料溶液

25 容器

25a 水

26 超聲波振子

27 成膜室

28 加熱器

51 基座

52 霧加速單元

53 基板保持部

54 支撐部

55 供給管

61 基板·基座區(qū)域

62 排出區(qū)域

101a n-型半導(dǎo)體層

101b n+型半導(dǎo)體層

102 p型半導(dǎo)體層

103 半絕緣體層

104 絕緣體層

105a 肖特基電極

105b 歐姆電極

109 基板

111a n-型半導(dǎo)體層

111b n+型半導(dǎo)體層

114 半絕緣體層

115a 柵電極

115b 源電極

115c 漏電極

118 緩沖層

121a 帶隙寬的n型半導(dǎo)體層

121b 帶隙窄的n型半導(dǎo)體層

121c n+型半導(dǎo)體層

123 p型半導(dǎo)體層

124 半絕緣體層

125a 柵電極

125b 源電極

125c 漏電極

128 緩沖層

129 基板

131a n-型半導(dǎo)體層

131b 第1n+型半導(dǎo)體層

131c 第2n+型半導(dǎo)體層

132 p型半導(dǎo)體層

134 柵絕緣膜

135a 柵電極

135b 源電極

135c 漏電極

138 緩沖層

139 半絕緣體層

141a n-型半導(dǎo)體層

141b 第1n+型半導(dǎo)體層

141c 第2n+型半導(dǎo)體層

142 p型半導(dǎo)體層

145a 柵電極

145b 源電極

145c 漏電極

151 n型半導(dǎo)體層

151a n-型半導(dǎo)體層

151b n+型半導(dǎo)體層

152 p型半導(dǎo)體層

154 柵絕緣膜

155a 柵電極

155b 發(fā)射電極

155c 集電極

161 n型半導(dǎo)體層

162 p型半導(dǎo)體層

163 發(fā)光層

165a 第1電極

165b 第2電極

167 透光性電極

169 基板

171 α-Ga2O3層

175a 鎢電極

175b 銦電極

181 n型半導(dǎo)體層

185a 柵電極

185b 源電極

185c 漏電極

189 基板