[发明专利]结晶性氧化物半导体膜、半导体装置及半导体系统

说明书

本发明提供一种电特性优异的结晶性氧化物半导体膜。本发明提供一种结晶性氧化物半导体装置，以及结晶性氧化物半导膜的结晶性氧化物半导体系统。作为本发明的目的之一，提出一种结晶性氧化物半导体膜。结晶性氧化物半导体膜含有：结晶性氧化物半导体，具有刚玉结构，含有结晶性氧化物作为主成分；以及掺杂剂，结晶性氧化物半导体的电子迁移率为30cm²/Vs以上。

技术领域

本发明涉及对于半导体装置有用的结晶性氧化物半导体膜。本发明涉及具有结晶性氧化物半导体膜的结晶性氧化物半导体装置。本发明涉及具有结晶性氧化物半导体装置的结晶性氧化物半导体系统。

背景技术

作为可实现下一代切换元件，使用了带隙大的氧化镓(Ga₂O₃)的半导体装置受到关注，期待着对于逆变器等功率用半导体装置的应用。

专利文献1中，记载了在c面蓝宝石基板上形成掺杂有Sn的α-Ga₂O₃薄膜。虽然专利文献1中记载的薄膜是X射线衍射法的摇摆曲线半宽度约为60arcsec而为结晶性高的α-Ga₂O₃薄膜，但是无法维持充分的耐压性，另外，迁移率也为1cm²/Vs以下，半导体特性也未得到满足，仍难以应用于半导体装置。

另外，专利文献2中，记载了在c面蓝宝石基板上掺杂有Ge的α-Ga₂O₃膜，可得到与专利文献1中记载的薄膜相比电特性优异的α-Ga₂O₃薄膜，但是迁移率为3.26cm²/Vs，应用于半导体装置还未得到满足。

非专利文献1中，氧化镓通过分别混合铟或铝或者将它们组合形成混晶，从而能够进行带隙控制，作为InAlGaO系半导体构成极富魅力的材料系统。

非专利文献2中，通过制作在c面蓝宝石基板上掺杂有Sn的α-Ga₂O₃膜，接着进行退火处理将其作为退火缓冲层，然后形成在退火缓冲层上掺杂有Sn的α-Ga₂O₃膜，从而提高迁移率。另外，通过Sn的掺杂，Sn发挥表面活性剂的效果，从而α-Ga₂O₃薄膜的表面粗糙度、结晶性得到改善，还可得到迁移率提高的结果。但是，因退火处理，导致出现高电阻化或绝缘化的问题，用于半导体装置还残留着很多课题。另外，由于得到的膜仍然位错多，位错散射的影响强，因此存在对电特性造成障碍的问题。而且，还存在裂纹也多的问题，盼望着在工业上有用的α-Ga₂O₃膜。

专利文献1：日本专利公开2013-028480号公报

专利文献2：日本专利公开2015-228495号公报

非专利文献1：金子健太郎、《刚玉结构氧化镓系混晶薄膜的生长与物性》、京都大学博士论文、平成25年3月(金子健太郎、「コランダム構造酸化ガリウム系混晶薄膜の成長と物性」、京都大学博士論文、平成25年3月)

非专利文献2：赤岩和明、《刚玉结构氧化镓系半导体的电特性控制与设备应用》、京都大学博士论文、平成28年3月(赤岩和明、「コランダム構造酸化ガリウム系半導体の電気特性制御とデバイス応用」、京都大学博士論文、平成28年3月)

发明内容

作为本发明的目的之一，提出一种结晶性氧化物半导体膜。作为本发明的目的之一在于提供一种电特性、特别是迁移率优异的结晶性氧化物半导体膜。

即，本发明涉及以下的技术方案。

[1]一种结晶性氧化物半导体膜，其中，含有：

结晶性氧化物半导体，具有刚玉结构，含有结晶性氧化物作为主成分；以及