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公開番号2025042625
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-27
出願番号2024159634
出願日2024-09-13
発明の名称結晶膜、積層構造体、半導体装置、電子機器及びシステム
出願人Patentix株式会社,学校法人立命館
代理人
主分類C30B 29/32 20060101AFI20250319BHJP(結晶成長)
要約【課題】半導体装置等に有用な優れた電気特性を有する結晶膜及び積層構造体を提供することを目的とする。
【解決手段】ルチル構造を有する酸化物半導体を主成分とする結晶を含み、前記結晶の面積が100μm²以上の結晶膜であって、前記酸化物半導体がゲルマニウムを含んでおり、電気抵抗率が10Ωcm以下であり、また、膜厚が1μm以上である結晶膜を用いて、例えば、半導体装置などに適用する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ルチル構造を有する酸化物半導体を主成分とする結晶を含み、前記結晶の面積が１００μｍ
２
以上の結晶膜であって、前記酸化物半導体がゲルマニウムを含んでおり、電気抵抗率が１０Ωｃｍ以下であることを特徴とする結晶膜。
続きを表示（約 530 文字）【請求項２】
膜厚が１μｍ以上である請求項１記載の結晶膜。
【請求項３】
表面粗さが１０ｎｍ以下である請求項１記載の結晶膜。
【請求項４】
単結晶膜である請求項１記載の結晶膜。
【請求項５】
前記電気抵抗率が、０．１Ωｃｍ以下である請求項１記載の結晶膜。
【請求項６】
金属層との間にオーミックコンタクトを形成する請求項１記載の結晶膜。
【請求項７】
結晶基板上に直接又は他の層を介して結晶膜が積層されている積層構造体であって、前記結晶膜が請求項１記載の結晶膜であることを特徴とする積層構造体。
【請求項８】
金属層と結晶膜との間でオーミックコンタクトとが形成されている積層構造体であって、前記結晶膜が請求項１記載の結晶であることを特徴とする積層構造体。
【請求項９】
前記金属層が周期律表ｄブロック金属元素及び／又はｐブロック金属元素から選ばれる１種又は２種以上の金属元素を含む請求項８記載の積層構造体。
【請求項１０】
前記金属層がインジウムを含む請求項８記載の積層構造体。
（【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、半導体装置に有用な結晶膜及び積層構造体に関する。
続きを表示（約 3,500 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、電気制御に優れた結晶膜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、半導体装置等に有用な優れた電気特性を有する結晶膜及び積層構造体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、ルチル構造を有する酸化物半導体を主成分とする結晶を含み、前記結晶の面積が１００μｍ
２
以上の結晶膜であって、前記酸化物半導体がゲルマニウムを含んでおり、電気抵抗率が１０Ωｃｍ以下である結晶膜の創製に成功し、得られた結晶が、優れた結晶性等を持ち、半導体装置等に有用であることを知見し、このような結晶が、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］ルチル構造を有する酸化物半導体を主成分とする結晶を含み、前記結晶の面積が１００μｍ
２
以上の結晶膜であって、前記酸化物半導体がゲルマニウムを含んでおり、電気抵抗率が１０Ωｃｍ以下であることを特徴とする結晶膜。
［２］膜厚が１μｍ以上である前記［１］記載の結晶膜。
［３］表面粗さが１０ｎｍ以下である前記［１］記載の結晶膜。
［４］単結晶膜である前記［１］記載の結晶膜。
［５］前記電気抵抗率が、０．１Ωｃｍ以下である前記［１］記載の結晶膜。
［６］金属層との間にオーミックコンタクトを形成する前記［１］記載の結晶膜。
［７］結晶基板上に直接又は他の層を介して結晶膜が積層されている積層構造体であって、前記結晶膜が前記［１］記載の結晶膜であることを特徴とする積層構造体。
［８］金属層と結晶膜との間でオーミックコンタクトとが形成されている積層構造体であって、前記結晶膜が前記［１］記載の結晶であることを特徴とする積層構造体。
［９］前記金属層が周期律表ｄブロック金属元素及び／又はｐブロック金属元素から選ばれる１種又は２種以上の金属元素を含む前記［８］記載の積層構造体。
［１０］前記金属層がインジウムを含む前記［８］記載の積層構造体。
［１１］結晶膜又は積層構造体を含む半導体装置であって、前記結晶膜が、前記［１］記載の結晶膜であり、前記積層構造体が前記［７］又は［８］に記載の積層構造体であることを特徴とする半導体装置。
［１２］パワーデバイスである前記［１１］記載の半導体装置。
［１３］ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）、ジャンクションバリアショットキーダイオード（ＪＢＳ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）または発光ダイオード（ＬＥＤ）である前記［１１］記載の半導体装置。
［１４］半導体装置を含む電子機器であって、前記半導体装置が前記［１１］記載の半導体装置であることを特徴とする電子機器。
［１５］電子機器を含むシステムであって、前記電子機器が、前記［１４］記載の電子機器であることを特徴とするシステム。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の結晶膜及び積層構造体は、半導体装置等に有用であり、優れた電気特性を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明において好適に用いられる成膜装置（ミストＣＶＤ）の概略構成図である。
本発明におい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回折結果を示す図である。
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ＥＤＳ像を示す図である。
実施例１におけるＡＦＭ像を示す図である。
実施例１における結晶膜上にオーミック電極を形成したサンプル模式的に示す図である。
図７のサンプルを用いたオーミック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。
本発明において好適に用いられる霧化装置を横から見た断面図を模式的に示す図である。
実施例２におけるＸＲＤ回折結果を示す図である。
【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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