[发明专利]结晶膜、包含结晶膜的半导体装置以及结晶膜的制造方法

说明书

一种结晶膜，其包含结晶性金属氧化物为主成分，且具有刚玉结构，通过第一横向晶体生长在基板上形成第一横向晶体生长层，并在所述第一横向晶体生长层上配置掩模，进而通过第二横向晶体生长形成第二横向晶体生长层，从而得到位错密度为1×10⁷cm^‑2以下且表面积为10mm²以上的结晶膜。

技术领域

本发明涉及对半导体装置有用的结晶膜。另外，本发明涉及半导体装置。进而，本发明涉及对半导体装置有用的结晶膜的制造方法。

背景技术

作为能够实现高耐压、低损耗及高耐热的新一代开关元件，使用带隙宽的氧化镓(Ga₂O₃)的半导体装置备受瞩目，从而被期望应用于逆变器等功率用半导体装置。而且，因其带隙宽，也被期待广泛用作LED及传感器等受发光装置。特别是在氧化镓中也具有刚玉结构的α-Ga₂O₃等，根据非专利文献1，通过与铟和铝分别混晶或组合混晶从而能够控制带隙，作为InAlGaO类半导体而构成极具魅力的材料系统。这里，所谓InAlGaO类半导体由In_XAl_YGa_ZO₃(0≤x≤2、0≤y≤2、0≤z≤2、X+Y+Z＝1.5～2.5)(专利文献9等)表示，能够作为包括氧化镓在内的同一材料系统而涵盖所有。

但是，由于氧化镓的最稳态相是β-gallia结构，如果不使用特殊的成膜法，则很难形成作为亚稳定相的刚玉结构的结晶膜。另外，具有刚玉结构的α-Ga₂O₃是亚稳定相，无法利用熔体生长制成的大块基板。因此，现状是将与α-Ga₂O₃具有相同晶体结构的蓝宝石用作基板。但是，由于α-Ga₂O₃与蓝宝石的晶格失配度大，因此在蓝宝石基板上异质外延生长的α-Ga₂O₃的结晶膜的位错密度趋于变高。而且，不仅是刚玉结构的结晶膜，在成膜速率和晶体品质的提高、裂纹或异常生长的抑制、孪晶抑制、由弯曲引起的基板的破裂等方面还存在很多课题。在这种情况下，关于具有刚玉结构的结晶性半导体的成膜，现在正在进行一些研究。

在专利文献1中记载了使用镓或铟的溴化物或碘化物，通过雾化CVD(化学气相沉积)法制造氧化物晶体薄膜的方法。在专利文献2～4中记载了在具有刚玉型晶体结构的基底基板上层叠了具有刚玉型晶体结构的半导体层和具有刚玉型晶体结构的绝缘膜的多层结构体。另外，如专利文献5～7那样，还研究了使用ELO(横向生长)基板、空隙形成，并利用雾化CVD成膜。但是，无论哪种方法在成膜速率上都还不令人满意，期待着成膜速率优异的成膜方法。

在专利文献8中记载了至少使用镓原料和氧原料，通过卤化物气相生长法(HVPE法)将具有刚玉结构的氧化镓进行成膜。然而，由于α-Ga₂O₃是亚稳定相，因此难以像β-Ga₂O₃那样成膜，工业上还有很多课题。另外，在专利文献10和11中记载了使用PSS基板(图案化蓝宝石基板)，进行ELO晶体生长，得到表面积为9μm²以上，转移密度5×10⁶cm^-2的结晶膜。然而，作为功率器件，为了充分发挥氧化镓的性能，优选得到更大面积的低位错密度的结晶膜，并期待着这样的结晶膜和这样的结晶膜的制造方法。

此外，专利文献1～11都是涉及本申请人所提出的专利或专利申请的公报，现在也在推进研究。

专利文献1：日本专利第5397794号

专利文献2：日本专利第5343224号

专利文献3：日本专利第5397795号

专利文献4：日本特开2014-72533号公报

专利文献5：日本特开2016-100592号公报