[发明专利]层叠体、半导体装置及层叠体的制造方法

说明书

本发明提供一种层叠体，其具有：晶体衬底；形成在该晶体衬底的主表面上且混合存在有以第一金属氧化物作为主成分的由刚玉型结构构成的结晶相的结晶区与非晶相的非晶区的中间层；及形成在该中间层上的以第二金属氧化物作为主成分的刚玉型结构的晶体层。由此能够提供一种具有充分抑制了晶体缺陷的高品质刚玉型结构的晶体的层叠体。

技术领域

本发明涉及一种具有刚玉型结构的晶体层的层叠体、及使用了该层叠体的半导体装置及具有刚玉型结构的晶体层的层叠体的制造方法。

背景技术

作为能够实现高耐压、低损耗及高耐热的次世代开关元件，使用了能带隙较大的氧化镓(α-Ga₂O₃)的半导体装置受到关注，其被期待用于逆变器等电力用半导体装置、受光发光元件中。

人们开发出一种使用经雾化的雾状的原料，使其在衬底上晶体生长的雾化化学气相沉积法(Mist Chemical Vapor Depositionion：Mist CVD。以下，也称为“雾化CVD法”)，通过该方法能够制成具有刚玉型结构的氧化镓(α-Ga₂O₃)(专利文献1)。在该方法中，通过将乙酰丙酮镓等镓化合物溶解于盐酸等酸中制得前驱体，并将该前驱体雾化从而生成原料微粒，将混合有该原料微粒与载气的混合气体供给至蓝宝石等刚玉型结构的衬底的表面，使原料雾发生反应，由此使单一取向的氧化镓薄膜在衬底上外延生长。

在这样的异质外延生长中，特别是衬底材料与薄膜材料的晶格失配和衬底的品质所造成的晶体缺陷会成为问题。作为抑制这些晶体缺陷的方法，已知有ELO(EpitaxialLateral Overgrowth(侧向外延))。在该方法中，例如在衬底表面上形成使用了非晶质薄膜的掩膜，进行始于部分露出的衬底表面的选择性外延生长和掩膜上的横向生长。由此利用掩膜阻止位错或者根据晶体取向弯曲位错，减少外延膜中的缺陷。专利文献2中公开了使用SiO₂作为掩膜并形成α-Ga₂O₃薄膜的实例。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5793732号公报

专利文献2：日本特开第2016-100592号公报

发明内容

本发明要解决的技术问题

通过上述专利文献1中公开的雾化CVD法，无法得到充分抑制了晶体缺陷的高品质刚玉型结构的晶体。

另一方面，作为上述专利文献2中记载的ELO法中使用的选择性生长用掩膜，由于使用了与外延膜组成不同的非晶质膜，因此通常会使用与形成所需的外延膜的装置不同的其他制膜装置来形成掩膜。此外，掩膜的图案化一般通过光刻法进行。因此，在为了得到抑制了晶体缺陷的高品质晶体薄膜而采用以往的基于ELO法的外延生长时，由于工序繁杂，因此存在需增大生产能力(throughput)或生产成本变高的问题。

本发明是为了解决上述问题而成，其目的在于提供一种具有充分抑制了晶体缺陷的高品质刚玉型结构的晶体的层叠体、及提供一种能够以低成本得到抑制了晶体缺陷的高品质晶体薄膜的晶体的制造方法。

解决技术问题的技术手段

本发明是为了达成上述目的而成的，本发明提供一种层叠体，该层叠体具有：晶体衬底；形成在该晶体衬底的主表面上且混合存在有以第一金属氧化物作为主成分的由刚玉型结构构成的结晶相的结晶区与非晶相的非晶区的中间层；及形成在该中间层上的以第二金属氧化物作为主成分的刚玉型结构的晶体层。

若为这样的层叠体，则在中间层的非晶区中阻止了来自衬底的位错缺陷的伸长，因此具有低缺陷的高品质刚玉型结构的晶体层。

此时，可制成所述结晶区为始于所述晶体衬底的晶面的外延生长层的层叠体。

由此，中间层的结晶区成为晶种，因此具有晶体取向与晶体衬底相同的高品质晶体层。