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公開番号2024122630
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-09
出願番号2023030288
出願日2023-02-28
発明の名称半導体膜の製造方法、結晶積層構造体、及び半導体デバイス
出願人株式会社ノベルクリスタルテクノロジー
代理人弁理士法人平田国際特許事務所
主分類C30B 29/16 20060101AFI20240902BHJP(結晶成長)
要約【課題】β-Ga₂O₃系単結晶からなる半導体膜をより簡素な方法により高抵抗化することができる、HVPE法を用いた半導体膜の製造方法、並びにその製造方法を用いて製造することのできる結晶積層構造体及び半導体デバイスを提供する。
【解決手段】一実施の形態として、HVPE装置2内の基板10が設置された空間に、GaClガス、O₂ガス、及びキャリアガスとしてのN₂ガスを流入させ、基板10の主面11上にβ-Ga₂O₃系単結晶からなる半導体膜12をエピタキシャル成長させる成膜工程を含み、前記成膜工程において、O₂ガスの供給分圧のGaClガスの供給分圧に対する比の値を1以下とし、前記成膜工程において、半導体膜12中のN濃度をCl濃度よりも大きくする、半導体膜12の製造方法を提供する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
ＨＶＰＥ装置内の基板が設置された空間に、ＧａＣｌガス、Ｏ
２
ガス、及びキャリアガスとしてのＮ
２
ガスを流入させ、前記基板の主面上にβ－Ｇａ
２
Ｏ
３
系単結晶からなる半導体膜をエピタキシャル成長させる成膜工程を含み、
前記成膜工程において、前記Ｏ
２
ガスの供給分圧の前記ＧａＣｌガスの供給分圧に対する比の値を１以下とし、
前記成膜工程において、前記半導体膜中のＮ濃度をＣｌ濃度よりも大きくする、
半導体膜の製造方法。
続きを表示（約 910 文字）【請求項２】
前記基板が、β－Ｇａ
２
Ｏ
３
系単結晶からなり、
前記基板の主面のオフ角により前記Ｎ濃度と前記Ｃｌ濃度を制御する、
請求項１に記載の半導体膜の製造方法。
【請求項３】
（００１）面、（０１０）面、又は（０１１）面から０．０１°より大きく０．２°以下の範囲で傾斜した面を前記基板の主面とする、
請求項２に記載の半導体膜の製造方法。
【請求項４】
前記基板が、β－Ｇａ
２
Ｏ
３
系単結晶からなり、
（００１）面又は（００１）面から０．０１°以下の範囲で傾斜した面を前記基板の主面とし、
前記ＧａＣｌガスの供給分圧を１×１０
－３
ａｔｍ以下とする、
請求項１に記載の半導体膜の製造方法。
【請求項５】
基板と、
前記基板の主面上に形成されたエピタキシャル膜である、β－Ｇａ
２
Ｏ
３
系単結晶からなる半導体膜と、
を備え、
前記半導体膜がＮとＣｌを含み、
前記半導体膜の前記Ｎの濃度が前記Ｃｌの濃度よりも高い、
結晶積層構造体。
【請求項６】
（００１）面、（０１０）面、又は（０１１）面から０．０１°より大きく０．２°以下の範囲で傾斜した面を前記基板の主面とする、
請求項５に記載の結晶積層構造体。
【請求項７】
基板と、
前記基板の主面上に形成されたエピタキシャル膜である、β－Ｇａ
２
Ｏ
３
系単結晶からなる半導体膜と、
を備え、
前記半導体膜がＮとＣｌを含み、
前記半導体膜の前記Ｎの濃度が前記Ｃｌの濃度よりも高い、
半導体デバイス。
【請求項８】
（００１）面、（０１０）面、又は（０１１）面から０．０１°より大きく０．２°以下の範囲で傾斜した面を前記基板の主面とする、
請求項７に記載の半導体デバイス。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体膜の製造方法、結晶積層構造体、及び半導体デバイスに関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、β－Ｇａ
２
Ｏ
３
系単結晶膜の製造において、ＧａＣｌガスの供給量に対するＳｉＣｌ
４
ガスの供給量により、β－Ｇａ
２
Ｏ
３
系単結晶膜中のドナーとなるＳｉの濃度を広い範囲で制御する技術が知られている（特許文献１を参照）。
【０００３】
特許文献１によれば、ＨＶＰＥ法を用いてβ－Ｇａ
２
Ｏ
３
系単結晶を成長させながらドーパントを添加することにより、ＭＢＥ法やＥＦＧ法を用いる場合よりも広い範囲でのβ－Ｇａ
２
Ｏ
３
系単結晶のドーパントの濃度を制御することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１６－１７５８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のＨＶＰＥ法を用いた技術を利用して、β－Ｇａ
２
Ｏ
３
系単結晶からなる半導体膜を高抵抗化させる場合には、例えば、特許文献１に記載の方法において、アクセプター不純物を適切な濃度で添加する方法が考えられる。
【０００６】
本発明の目的は、β－Ｇａ
２
Ｏ
３
系単結晶からなる半導体膜をより簡素な方法により高抵抗化することができる、ＨＶＰＥ法を用いた半導体膜の製造方法、並びにその製造方法を用いて製造することのできる結晶積層構造体及び半導体デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記の半導体膜の製造方法を提供する。
【０００８】
［１］ＨＶＰＥ装置内の基板が設置された空間に、ＧａＣｌガス、Ｏ
２
ガス、及びキャリアガスとしてのＮ
２
ガスを流入させ、前記基板の主面上にβ－Ｇａ
２
Ｏ
３
系単結晶からなる半導体膜をエピタキシャル成長させる成膜工程を含み、前記成膜工程において、前記Ｏ
２
ガスの供給分圧の前記ＧａＣｌガスの供給分圧に対する比の値を１以下とし、前記成膜工程において、前記半導体膜中のＮ濃度をＣｌ濃度よりも大きくする、半導体膜の製造方法。
［２］前記基板が、β－Ｇａ
２
Ｏ
３
系単結晶からなり、前記基板の主面のオフ角により前記Ｎ濃度と前記Ｃｌ濃度を制御する、上記［１］に記載の半導体膜の製造方法。
［３］（００１）面、（０１０）面、又は（０１１）面から０．０１°より大きく０．２°以下の範囲で傾斜した面を前記基板の主面とする、上記［２］に記載の半導体膜の製造方法。
［４］前記基板が、β－Ｇａ
２
Ｏ
３
系単結晶からなり、（００１）面又は（００１）面から０．０１°以下の範囲で傾斜した面を前記基板の主面とし、前記ＧａＣｌガスの供給分圧を１×１０
－３
ａｔｍ以下とする、上記［１］に記載の半導体膜の製造方法。
［５］基板と、前記基板の主面上に形成されたエピタキシャル膜である、β－Ｇａ
２
Ｏ
３
系単結晶からなる半導体膜と、を備え、前記半導体膜がＮとＣｌを含み、前記半導体膜の前記Ｎの濃度が前記Ｃｌの濃度よりも高い、結晶積層構造体。
［６］（００１）面、（０１０）面、又は（０１１）面から０．０１°より大きく０．２°以下の範囲で傾斜した面を前記基板の主面とする、上記［５］に記載の結晶積層構造体。
［７］基板と、前記基板の主面上に形成されたエピタキシャル膜である、β－Ｇａ
２
Ｏ
３
系単結晶からなる半導体膜と、を備え、前記半導体膜がＮとＣｌを含み、前記半導体膜の前記Ｎの濃度が前記Ｃｌの濃度よりも高い、半導体デバイス。
［８］（００１）面、（０１０）面、又は（０１１）面から０．０１°より大きく０．２°以下の範囲で傾斜した面を前記基板の主面とする、上記［７］に記載の半導体デバイス。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、β－Ｇａ
２
Ｏ
３
系単結晶からなる半導体膜をより簡素な方法により高抵抗化することができる、ＨＶＰＥ法を用いた半導体膜の製造方法、並びにその製造方法を用いて製造することのできる結晶積層構造体及び半導体デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体膜が基板上に形成された結晶積層構造体の垂直断面図である。
図２は、本発明の実施の形態に係るＨＶＰＥ装置の垂直断面図である。
図３は、Ｏ
２
ガスの供給分圧のＧａＣｌガスの供給分圧に対する比の値を１としたときに得られるβ－Ｇａ
２
Ｏ
３
単結晶からなる半導体膜のＮ濃度とＣｌ濃度を示すＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）プロファイルである。
図４（ａ）～（ｃ）は、基板及び半導体膜がβ－Ｇａ
２
Ｏ
３
単結晶からなる場合の、基板の主面の（００１）面からのオフ角とＳＩＭＳにより測定された半導体膜のＮ濃度及びＣｌ濃度との関係を示すグラフである。
図５（ａ）、（ｂ）は、β－Ｇａ
２
Ｏ
３
単結晶からなる基板の主面の（００１）面からのオフ角がそれぞれ約０°（０°～０．０１）、約０．２°（０．１９～０．２°）である場合の、ＧａＣｌガスの供給分圧とＳＩＭＳにより測定された半導体膜のＮ濃度及びＣｌ濃度との関係を示すグラフである。
図６は、ＧａＣｌガスの供給分圧、Ｏ
２
ガスの供給分圧のＧａＣｌガスの供給分圧に対する比の値、β－Ｇａ
２
Ｏ
３
単結晶からなる基板の主面の（００１）面からのオフ角、β－Ｇａ
２
Ｏ
３
単結晶からなる半導体膜の抵抗の高さ及び成膜速度の関係をまとめたグラフである。
図７は、本発明の実施の形態に係る半導体膜を備えたデバイスの一例としてのＭＩＳＦＥＴ（metal-insulator-semiconductor field-effect transistor）の垂直断面図である。
図８（ａ）、（ｂ）は、ＭＩＳＦＥＴの半導体膜に形成される空乏層の深さとＥＣＶ法により測定したＮ
ｄ
－Ｎ
ａ
（ドナー濃度Ｎ
ｄ
からアクセプター濃度Ｎ
ａ
を引いた値）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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