[发明专利]结晶性氧化物膜、层叠结构体、半导体装置及半导体系统

说明书

本发明提供一种在工业上有用且半导体特性优异的结晶性氧化物膜、层叠结构体、半导体装置及半导体系统。一种结晶性氧化物膜，以相对于c面倾斜的面为主面，包含镓和元素周期表第9族金属，所述元素周期表第9族金属在膜中的所有金属元素中的原子比为23％以下。

技术领域

本发明涉及对功率半导体特别有用的结晶性氧化物膜、层叠结构体及半导体装置。

背景技术

作为可实现高耐压、低损耗及高耐热的下一代开关元件，使用了带隙大的氧化镓(Ga₂O₃)的半导体装置备受瞩目，期待将其应用于逆变器等功率用半导体装置。而且，由于宽带隙，也期待应用为LED或传感器等光收发装置。关于该氧化镓，根据专利文献1，通过与铟和铝分别或组合进行混晶，能够进行带隙控制，作为InAlGaO系半导体而构成极具魅力的材料系统。此处InAlGaO系半导体表示In_XAl_YGa_ZO₃(0≤X≤2，0≤Y≤2，0≤Z≤2，X+Y+Z＝1.5～2.5)，可将其视为包含氧化镓在内的同一材料系统(专利文献1)。

另外，近年来对氧化镓系的p型半导体进行了研究，例如在专利文献2中记载：若使用MgO(p型掺杂剂源)以悬浮区熔法(FZ，floating zone)形成β-Ga_ZO₃系晶体，则可得到呈现p型导电性的基板。而且，在专利文献3中记载：通过在以分子束外延(MBE)法形成的α-(Al_XGa_1-X)₂O₃单晶膜中添加p型掺杂剂而形成p型半导体。然而，在专利文献2和专利文献3所记载的方法中，难以实现能够应用于半导体装置且具有半导体特性的p型半导体。因此，期待能够适用于使用了包含带隙大的氧化镓的n型半导体层的半导体装置的p型半导体。

专利文献1：国际公开第2014/050793号公报

专利文献2：日本专利公开2005-340308号公报

专利文献3：日本专利公开2013-58637号公报

发明内容

本发明的目的之一是提供一种半导体特性优异的结晶性氧化物膜。

本发明人为了达到上述目的而进行了深入研究，结果发现在使用特定的缓冲层(例如m面α-Ga₂O₃层)进行包含镓和元素周期表第9族金属的结晶性氧化物膜的成膜时，元素周期表第9族金属在膜中的所有金属元素中的原子比为特定的范围内(23％以下)的情况下，能够得到具有良好的半导体特性的结晶性氧化物膜(镓的氧化物与元素周期表第9族金属的氧化物的混晶膜)，并发现了这样的结晶性氧化物膜能够解决上述以往的问题。

另外，本发明人在得到上述见解之后进一步反复研究，进而完成了本发明。即，本发明涉及以下的技术方案。

[1]一种结晶性氧化物膜，其特征在于，以相对于c面倾斜的面为主面，包含镓和元素周期表第9族金属，所述元素周期表第9族金属在膜中的所有金属元素中的原子比为23％以下。

[2]根据前述[1]所述的结晶性氧化物膜，其中，所述结晶性氧化物膜具有刚玉结构。

[3]根据前述[1]或[2]所述的结晶性氧化物膜，其中，所述主面为与c面正交的面。

[4]根据前述[1]至[3]中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，所述主面为m面。

[5]根据前述[1]至[4]中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，所述元素周期表第9族金属包含铱。

[6]根据前述[1]至[5]中任一项所述的结晶性氧化物膜，其中，所述结晶性氧化物膜的电阻率随着温度上升而减少。