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公開番号2025042474
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-27
出願番号2023149519
出願日2023-09-14
発明の名称半導体装置及びシステム
出願人Patentix株式会社,国立大学法人京都大学,国立研究開発法人物質・材料研究機構,学校法人立命館
代理人
主分類H10D 8/60 20250101AFI20250319BHJP()
要約【課題】電気的特性に優れたGeO₂系半導体装置を提供することを目的とする。
【解決手段】半導体層と、前記半導体層とショットキー接合しているショットキー電極とを少なくとも含む半導体装置であって、前記半導体層が、ルチル構造を有する酸化物半導体を主成分とする結晶からなり、前記酸化物半導体がゲルマニウムを含んでおり、移動度が10cm²/Vs以上である半導体装置は、例えば、パワーデバイス等の半導体装置などに好適に用いられる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
半導体層と、前記半導体層とショットキー接合しているショットキー電極とを少なくとも含む半導体装置であって、前記半導体層が、ルチル構造を有する酸化物半導体を主成分とする結晶からなり、前記酸化物半導体がゲルマニウムを含んでおり、移動度が１０ｃｍ
２
／Ｖｓ以上であることを特徴とする半導体装置。
続きを表示（約 580 文字）【請求項２】
前記酸化物半導体のキャリア密度が、１×１０
１８
／ｃｍ
３
以上である請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記酸化物半導体が、スズ及び／又はケイ素をさらに含んでいる請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記酸化物半導体が、前記スズ及び／又はケイ素に対して前記ゲルマニウムを１以上の原子比で含んでいる請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記移動度が、２０ｃｍ
２
／Ｖｓ以上である請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体層が、膜状又は板状である請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体層が、１００μｍ
２
以上の面積を有する請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
前記ショットキー電極が、周期律表第１０族及び／又は第１１族の金属を含む請求項１記載の半導体装置。
【請求項９】
さらに、オーミック電極を備えており、前記オーミック電極が、周期律表第４族及び／又は第１１族の金属を含む請求項１記載の半導体装置。
【請求項１０】
パワーデバイスである請求項１記載の半導体装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーデバイス等として有用な半導体装置及びそのシステムに関する。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、Ｇａ
２
Ｏ
３
は、将来のパワーエレクトロニクス・デバイスに有望な超ワイドバンドギャップ（ＵＷＢＧ）半導体として注目されている。
【０００３】
しかしながら、Ｇａ
２
Ｏ
３
は、Ｐ型半導体が作製困難であるという課題があり、また、安価にすることが容易ではなく、普及するにはまだまだ課題が数多くあった。
近年においては、新規なＵＷＢＧ半導体（バンドギャップが４．４４－４．６８ｅＶ）としてルチル型二酸化ゲルマニウム（ｒ－ＧｅＯ
２
）が研究されており、ルチル型二酸化ゲルマニウムは、ｎ型及びｐ型半導体が実現可能であり、安価に作製することも実現可能であるため、Ｇａ
２
Ｏ
３
に代わるＵＷＢＧ半導体として期待されており、例えば、ｒ－ＴｉＯ
２
（００１）基板上にｒ－ＧｅＯ
２
結晶膜を積層した積層構造体が検討されている（非特許文献１、特許文献１）。しかしながら、非特許文献１は、非特許文献１の査読後に非特許文献２がＥｒｒａｔｕｍとして提出されており（非特許文献２）、非特許文献１及び特許文献１に記載の結晶粒（異常粒）が、ルチル型二酸化ゲルマニウム結晶であることが判明し、他の部分はアモルファス相であった。すなわち、アモルファス相が大部分に形成されるだけで、また結晶相ができても、結晶粒が一部に形成されるにすぎなかった。そのため、例えば、ＳＢＤを試作しても移動度などの電気特性が悪くなるという問題もあり、半導体用途にかなう結晶を製造することができるような方策が待ち望まれていた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
Ｔａｋａｎｅ，Ｋ．Ｋａｎｅｋｏ， “ＥｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆａｇｒｏｗｔｈｒｏｕｔｅｏｆｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｄｒｕｔｉｌｅＧｅＯ２ｔｈｉｎｆｉｌｍ（≧ １ｍｍ／ｈ）ａｎｄｉｔｓｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ” ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓＶｏｌ．１１９，ｐｐ．０６２１０４（１－６）（２０２１）．
Ｔａｋａｎｅ，Ｋ．Ｋａｎｅｋｏ，Ｅｒｒａｔｕｍ： “ＥｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆａｇｒｏｗｔｈｒｏｕｔｅｏｆｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｄｒｕｔｉｌｅＧｅＯ２ｔｈｉｎｆｉｌｍ（≧１ μｍ／ｈ）ａｎｄｉｔｓｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ” ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓＶｏｌ．１２０，０９９９０３（１－３）（２０２２）．
【特許文献】
【０００５】
国際公開第２０２３／００８４５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、電気的特性に優れたＧｅＯ
２
系半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、ガイド隔壁を用いたミストＣＶＤ装置を新たに開発し、前記ガイド隔壁を用いたミストＣＶＤ装置を使用して、ＧｅＯ
２
を主成分として含む結晶膜を製膜すると１０ｍｍ角基板全面に良質な結晶膜を形成することができ、また、得られた結晶膜を用いた半導体装置が電気的特性に優れていること等を知見し、このような半導体装置が、上記した従来の問題を一挙に解決できるものであることを見出した。
また、本発明者らは、上記知見を得た後、さらに検討を重ねて、本発明を完成させるに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、以下の発明に関する。
［１］半導体層と、前記半導体層とショットキー接合しているショットキー電極とを少なくとも含む半導体装置であって、前記半導体層が、ルチル構造を有する酸化物半導体を主成分とする結晶からなり、前記酸化物半導体がゲルマニウムを含んでおり、移動度が１０ｃｍ
２
／Ｖｓ以上であることを特徴とする半導体装置。
［２］前記酸化物半導体のキャリア密度が、１×１０
１８
／ｃｍ
３
以上である前記［１］記載の半導体装置。
［３］前記酸化物半導体が、スズ及び／又はケイ素をさらに含んでいる前記［１］記載の半導体装置。
［４］前記酸化物半導体が、前記スズ及び／又はケイ素に対して前記ゲルマニウムを１以上の原子比で含んでいる前記［３］記載の半導体装置。
［５］前記移動度が、２０ｃｍ
２
／Ｖｓ以上である前記［１］記載の半導体装置。
［６］前記半導体層が、膜状又は板状である前記［１］記載の半導体装置。
［７］前記半導体層が、１００μｍ
２
以上の面積を有する前記［６］記載の半導体装置。
［８］前記ショットキー電極が、周期律表第１０族及び／又は第１１族の金属を含む前記［１］記載の半導体装置。
［９］さらに、オーミック電極を備えており、前記オーミック電極が、周期律表第４族及び／又は第１１族の金属を含む前記［１］記載の半導体装置。
［１０］パワーデバイスである前記［１］記載の半導体装置。
［１１］前記［１］記載の半導体装置を含む半導体システム。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体装置は、ＧｅＯ
２
系半導体装置であり、電気的特性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明において好適に用いられる製膜装置の概略構成図の一例である。
本発明におけて好適に用いられる霧化装置を模式的に示す図である。
実施例１におけるＸＲＤ回析結果を示す図である。
実施例１におけるＥＤＳ像を示す図である。
実施例１におけるＳＥＭ像を示す図である。
実施例１におけるＩＶ測定の結果を示す図である。
実施例２におけるＩＶ測定の結果を示す図である。
本発明のショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の好適な一例を模式的に示す図である。
本発明の高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。
本発明の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。
本発明の接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。
本発明の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。
本発明の発光素子（ＬＥＤ）の好適な一例を模式的に示す図である。
本発明のジャンクションバリアショットキーダイオード（ＪＢＳ）の好適な一例を模式的に示す図である。
本発明のショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の好適な他の一例を模式的に示す図である。
実施例１における霧化装置の拡大断面図の好適な一例を模式的に示す図である。
【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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