[发明专利]半导体装置及半导体系统

说明书

一种半导体装置，至少具有结晶性氧化物半导体层，其特征在于，所述结晶性氧化物半导体层的带隙为3eV以上，场效应迁移率为30cm²/V·s以上。

技术领域

本发明涉及一种作为功率器件等有用的半导体装置及具备该半导体装置的半导体系统。

背景技术

作为可实现高耐压、低损耗及高耐热的下一代开关元件，使用了带隙大的氧化镓(Ga₂O₃)的半导体装置受到瞩目，期待将其应用于逆变器等功率用半导体装置。而且，由于宽带隙，也期待应用为LED或传感器等光接收发出装置。关于该氧化镓，根据非专利文献1，通过与铟和铝分别或组合进行混晶，能够进行带隙控制，作为InAlGaO系半导体而构成极具魅力的材料系统。此处InAlGaO系半导体表示In_XAl_YGa_ZO₃(0≤X≤2，0≤Y≤2，0≤Z≤2，X+Y+Z＝1.5～2.5)，可将其视为包含氧化镓在内的同一材料系统。

并且，近年来研究了氧化镓系的p型半导体，例如，在专利文献1中记载：若使用MgO(p型掺杂剂源)以悬浮区熔法(FZ，floating zone)形成β-Ga₂O₃系结晶，则可得到呈现p型导电性的基板。另外，在专利文献2中记载：通过在以分子束外延(MBE)法形成的α-(Al_xGa_1-x)₂O₃单晶膜中离子注入p型掺杂剂而形成p型半导体。然而，这些方法中，难以实现p型半导体的制作(非专利文献2)，实际上没有以这些方法成功制作p型半导体的报告。因此，期望p型氧化物半导体及其制造方法能够得到实现。

另外，如非专利文献3及非专利文献4中记载那样，也进行了例如将Rh₂O₃或ZnRh₂O₄等用于p型半导体的研究，但Rh₂O₃在成膜时原料浓度变得特别低，而存在影响到成膜的问题，即便使用有机溶剂也难以制作Rh₂O₃单晶。另外，即使实施霍尔效应测量，也不会判定为p型，存在测量本身也无法进行的问题，另外，关于测量值，例如霍尔系数只在测量界限(0.2cm³/C)以下，在实用上也会成为问题。另外，ZnRh₂O₄的迁移率低，带隙也窄，所以具有无法用于LED或功率器件的问题，这些并不总是令人满意。

作为宽带隙半导体，除了Rh₂O₃或ZnRh₂O₄等以外，也对p型的氧化物半导体进行了各种研究。在专利文献3中记载：使用铜铁矿或氧硫化物等作为p型半导体。然而，这些半导体的迁移率为1cm2/V·s左右或是在其之下，电特性差，而且还存在不能良好地形成与α-Ga₂O₃等n型的下一代氧化物半导体的pn结的问题。

此外，Ir₂O₃一直以来已为人所知。例如，在专利文献4中记载使用Ir₂O₃作为铱催化剂。另外，在专利文献5中记载将Ir₂O₃用于电介质。另外，在专利文献6中记载将Ir₂O₃用于电极。然而，将Ir₂O₃用于p型半导体尚未为人所知，近来，本申请人进行将Ir₂O₃用作p型半导体的研究，并推进研发。