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公開番号2025061746
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-11
出願番号2025009590,2021570116
出願日2025-01-23,2021-01-08
発明の名称半導体装置
出願人株式会社FLOSFIA
代理人
主分類H01L 21/205 20060101AFI20250403BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】半導体特性、特に電気特性に優れた半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体層と、前記半導体層の第1面側にそれぞれ配置された第1の電極と第2の電極とを少なくとも有しており、前記半導体層において、前記第1の電極から前記第2の電極へと向かう第1の方向に電流が流れるように構成されている半導体装置であって、前記半導体層がコランダム構造を有し、前記半導体層のc軸の方向が前記第1の方向である半導体装置を得る。
【選択図】図8

特許請求の範囲【請求項１】
半導体層と、
前記半導体層上に直接または他の層を介して配されるゲート電極と、を備え、
前記半導体層において、前記半導体層と前記ゲート電極との間の界面に沿った第１の方向に電流が流れるように半導体装置が構成されており、
前記半導体層がコランダム構造を有し、前記半導体層のｃ軸方向が前記第１の方向である半導体装置。
続きを表示（約 590 文字）【請求項２】
前記第１の方向は、前記半導体層の上面に沿った方向である請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記上面がｍ面である請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体層と前記ゲート電極との間にゲート絶縁膜を備え、
前記界面は、前記半導体層と前記ゲート絶縁膜との界面である請求項１～３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体層が、ガリウム、インジウム、ロジウムおよびイリジウムから選択される少なくとも1つの金属を含む金属酸化物を含有する請求項１～４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体層が、ガリウムを含む金属酸化物を主成分とする請求項１～５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体層のキャリア濃度が、１×１０
１９
／ｃｍ
３
以下である請求項１～６のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項８】
パワーモジュール、インバータまたはコンバータあるいはパワーカードである請求項１～７のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項９】
半導体装置を備える半導体システムであって、前記半導体装置が、請求項１～８のいずれかに記載の半導体装置である半導体システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーデバイス等に有用な半導体装置に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、異種基板上に結晶成長させる際に、クラックや格子欠陥が生じる問題がある。この問題に対し、基板と膜の格子定数や熱膨張係数を整合させること等が検討されている。また、不整合が生じる場合には、ＥＬＯのような成膜手法等も検討されている。
【０００３】
特許文献１には、異種基板上にバッファ層を形成し、前記バッファ層上に酸化亜鉛系半導体層を結晶成長させる方法が記載されている。特許文献２には、ナノドットのマスクを異種基板上に形成して、ついで、単結晶半導体材料層を形成することが記載されている。非特許文献１には、サファイア上に、ＧａＮのナノカラムを介して、ＧａＮを結晶成長させる手法が記載されている。非特許文献２には、周期的なＳｉＮ中間層を用いて、Ｓｉ（１１１）上にＧａＮを結晶成長させて、ピット等の欠陥を減少させる手法が記載されている。
【０００４】
しかしながら、いずれの技術も、成膜速度が悪かったり、基板にクラック、転位、反り等が生じたり、また、エピタキシャル膜に転位やクラック等が生じたりして、高品質なエピタキシャル膜を得ることが困難であり、基板の大口径化やエピタキシャル膜の厚膜化においても、支障が生じていた。
【０００５】
また、高耐圧、低損失および高耐熱を実現できる次世代のスイッチング素子として、バンドギャップの大きな酸化ガリウム（Ｇａ
２
Ｏ
３
）を用いた半導体装置が注目されており、インバータなどの電力用半導体装置への適用が期待されている。しかも、広いバンドギャップからＬＥＤやセンサー等の受発光装置としての応用も期待されている。当該酸化ガリウムは、インジウムやアルミニウムをそれぞれ、あるいは組み合わせて混晶することによりバンドギャップ制御することが可能であり、ＩｎＡｌＧａＯ系半導体として極めて魅力的な材料系統を構成している。ここでＩｎＡｌＧａＯ系半導体とはＩｎ
Ｘ
Ａｌ
Ｙ
Ｇａ
Ｚ
Ｏ
３
（０≦Ｘ≦２、０≦Ｙ≦２、０≦Ｚ≦２、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１．５～２．５）を示し、酸化ガリウムを内包する同一材料系統として俯瞰することができる。
【０００６】
しかしながら、酸化ガリウムは、最安定相がβガリア構造であるので、特殊な成膜法を用いなければ、コランダム構造の結晶膜を成膜することが困難であり、結晶品質等においてもまだまだ課題が数多く存在している。これに対し、現在、コランダム構造を有する結晶性半導体の成膜について、いくつか検討がなされている。
特許文献３には、ガリウム又はインジウムの臭化物又はヨウ化物を用いて、ミストＣＶＤ法により、酸化物結晶薄膜を製造する方法が記載されている。特許文献４～６には、コランダム型結晶構造を有する下地基板上に、コランダム型結晶構造を有する半導体層と、コランダム型結晶構造を有する絶縁膜とが積層された多層構造体が記載されている。
【０００７】
また、最近では、特許文献７～９に記載されているように、コランダム構造の酸化ガリウム膜をＥＬＯ成長等させることが検討されている。特許文献７～９に記載されている方法によれば、良質なコランダム構造の酸化ガリウム膜を得ることは可能であるが、特許文献７記載の熱膨張係数差を利用したＥＬＯ成膜手法等をもってしても、実際に結晶膜を調べてみると、ファセット成長する傾向があり、このファセット成長に起因する転位やクラックなどの課題もあって、また、特許文献１０に記載されているように、面方向により電気特性が向上することも検討されているが、電気特性に優れた半導体装置に適用するには、まだまだ満足のいくものではなかった。
なお、特許文献３～１０はいずれも本出願人による特許または特許出願に関する公報である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０１０－２３２６２３号公報
特表２０１０－５１６５９９号公報
特許第５３９７７９４号
特許第５３４３２２４号
特許第５３９７７９５号
特開２０１４－７２５３３号公報
特開２０１６－９８１６６号公報
特開２０１６－１００５９２号公報
特開２０１６－１００５９３号公報
特開２０１８－０８２１４４号公報
【非特許文献】
【０００９】
Kazuhide Kusakabe., et al., “Overgrowth of GaN layer on GaN nano-columns by RF-molecular beam epitaxy”, Journal of Crystal Growth 237-239 (2002) 988-992
K. Y. Zang., et al.，”Defect reduction by periodic SiNx interlayers in gallium nitride grown on Si (111)”, Journal of Applied Physics 101, 093502 (2007)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、半導体特性、特に電気特性に優れた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】
（【００１１】以降は省略されています）

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