结晶性氧化物半导体膜及半导体装置
技术领域
本发明涉及一种用于半导体装置中的结晶性氧化物半导体膜、使用所述结晶性半导体氧化物膜的半导体装置及系统。
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，使用了带隙大的氧化镓(Ga2O3)的半导体装置受到关注，并期待在逆变器等的功率半导体装置中应用。此外，由于带隙宽，还期待用作LED或传感器等的受发光装置。根据非专利文献1，该氧化镓可通过将铟或铝分别进行混晶或者组合铟及铝进行混晶来控制带隙，作为InAlGaO系半导体构成极具吸引力的材料系统。在此，InAlGaO系半导体表示InXAlYGaZO3(0≤X≤2、0≤Y≤2、0≤Z≤2、X+Y+Z＝1.5～2.5)，可将其看作内含氧化镓的同一材料系统。
专利文献1中记载有在c面蓝宝石基板上掺杂Sn的结晶性高的导电性α-Ga2O3薄膜。专利文献1中记载的薄膜为X射线衍射法的摇摆曲线的半值宽度为约60arcsec(弧度秒)而结晶性高的α-Ga2O3薄膜，但不能维持充分的耐压性，而且迁移率也为1cm2/Vs以下，也不能满足半导体特性，在半导体装置中使用尚有困难。
此外，专利文献2中记载有在c面蓝宝石基板上掺杂Ge的α-Ga2O3膜，虽然获得与专利文献1中记载的薄膜相比电特性更加优异的α-Ga2O3薄膜，但迁移率为3.26cm2/Vs，还是无法满足在半导体装置中使用。
在非专利文献2中，在c面蓝宝石基板上制作掺杂Sn的α-Ga2O3膜，接下来进行退火处理而使之成为退火缓和层，之后在退火缓和层上形成掺杂Sn的α-Ga2O3膜，从而提高迁移率。而且，通过掺杂Sn，由于Sn发挥表面活性剂的效果，还获得改善α-Ga2O3薄膜的表面粗糙度和结晶性且提高迁移率的结果。然而，由于退火处理，具有高电阻化或绝缘化的问题，在半导体装置中使用尚存问题。此外，得到的膜仍有较多位错，位错散射的影响较强，具有妨碍电特性的问题。进而，还有裂纹多的问题，亟需一种工业上有用的α-Ga2O3膜。
专利文献1：特开2013-028480号公报
专利文献2：特开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及物理性质”，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)
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及器件应用”，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月非)
发明内容
本发明的目的是提供一种电特性、尤其是迁移率优异的结晶性氧化物半导体膜。
本发明人为了达到上述目的进行深入研究的结果发现，在特定条件下如果使用雾化CVD法进行成膜，令人惊讶的是无需进行高电阻化处理和绝缘化处理，而且即使半值宽度例如为100arcsec以上，也能够得到迁移率优异的结晶性氧化物半导体膜，所得结晶性氧化物半导体膜为裂纹减少的膜，并获知该结晶性氧化物半导体膜能够一举解决上述以往的问题。
此外，本发明人在得到上述见解之后，进一步反复进行研究而完成本发明。
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，其包含具有刚玉结构的结晶性氧化物半导体作为主成分，还包含掺杂剂，所述结晶性氧化物半导体膜的主面为a面或m面，所述掺杂剂为n型掺杂剂。
[2]根据权利要求1所述的结晶性氧化物半导体膜，其载流子密度为1.0×1018/cm3以上。
[3]根据所述[1]或[2]所述的结晶性氧化物半导体膜，其迁移率为30cm2/Vs以上。
[4]根据所述[1]～[3]中的任一项所述的结晶性氧化物半导体膜，其半值宽度为300arcsec以上。
[5]根据所述[1]～[4]中的任一项所述的结晶性氧化物半导体膜，其电阻率为50mΩ·cm以下。
[6]根据所述[1]～[5]中的任一项所述的结晶性氧化物半导体膜，其具有偏离角。
[7]根据所述[1]～[6]中的任一项所述的结晶性氧化物半导体膜，其中，所述掺杂剂为锡、锗或硅。
[8]根据所述[1]～[7]中的任一项所述的结晶性氧化物半导体膜，其中，所述掺杂剂为锡。
[9]根据所述[1]～[8]中的任一项所述的结晶性氧化物半导体膜，其中，所述结晶性氧化物半导体包含镓、铟或铝。
[10]根所述[1]～[9]中的任一项所述的结晶性氧化物半导体膜，其中，所述结晶性氧化物半导体至少包含镓。
[11]一种半导体装置，至少包含半导体层和电极，其中，所述[1]～[10]中的任一项所述的结晶性氧化物半导体膜被用作所述半导体层。
[12]一种半导体系统，具备半导体装置，其中，所述半导体装置为所述[11]所述的半导体装置。
本发明的结晶性氧化物半导体膜的电特性、尤其是迁移率优异。
附图说明
图1为在实施例中使用的成膜装置(雾化CVD装置)的概略结构图。
图2为示意地表示肖特基势垒二极管(SBD)的一个合适例的图。
图3为示意地表示高电子迁移率晶体管(HEMT)的一个合适例的图。
图4为示意地表示金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的一个合适例的图。
图5为示意地表示结型场效应晶体管(JFET)的一个合适例的图。
图6为示意地表示绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的一个合适例的图。
图7为示意地表示发光元件(LED)的一个合适例的图。
图8为示意地表示发光元件(LED)的一个合适例的图。
图9为示意地表示电源系统的一个合适例的图。
图10为示意地表示系统装置的一个合适例的图。
图11为示意地表示电源装置的电源电路图的一个合适例的图。
图12为表示实施例中XRD测量结果的图。
图13为表示试验例中霍尔效应测量结果的图。另外，纵轴为迁移率(cm2/Vs)，横轴为载流子密度(/cm3)。
图14为表示试验例中变温霍尔效应测量结果的图。另外，纵轴为迁移率(cm2/Vs)，横轴为温度(K)。
图15为在实施例中使用的成膜装置(雾化CVD装置)的概略结构图。
图16为表示在实施例及比较例中电阻值的测量结果的图。
具体实施方式
本发明的结晶性氧化物半导体膜包含具有刚玉结构的结晶性氧化物半导体作为主成分，还包含掺杂剂，所述结晶性氧化物半导体膜的特征在于，其主面为a面或m面，所述掺杂剂为n型掺杂剂。而且，本发明的结晶性氧化物半导体膜优选其载流子密度为约1.0×1018/cm3以上。所述主面只要为a面或m面则不受特别限定，但在本发明中优选为m面。而且，所述载流子密度是指通过霍尔效应测量获得的半导体膜中的载流子密度。所述载流子密度的上限不受特别限定，但优选为约1.0×1023/cm3以下，更优选为约1.0×1022/cm3以下。而且，所述结晶性氧化物半导体膜的迁移率优选为30cm2/Vs以上，更优选为50cm2/Vs以上，最优选为100cm2/Vs以上。另外，所述迁移率是指通过霍尔效应测量获得的迁移率。而且，在本发明中，所述结晶性氧化物半导体膜的电阻率优选为50mΩ·cm以下，更优选为10mΩ·cm以下，最优选为5mΩ·cm以下。
而且，所述结晶性氧化物半导体膜优选具有偏离角。“偏离角”是指以规定的晶体面(主面)为基准面而形成的倾斜角，通常是指规定的晶体面(主面)和晶体生长面所成的角度。所述偏离角的倾斜方向不受特别限定，在本发明中，在所述主面为m面的情况下，优选从基准面朝向a轴方向形成倾斜角。所述偏离角的大小不受特别限定，优选为0.2°～12.0°，更优选为0.5°～4.0°，最优选为0.5°～3.0°。通过具有优选的偏离角，结晶性半导体膜的半导体特性、尤其是迁移率进一步变得优异。
此外，在本发明中，所述结晶性氧化物半导体优选包含铟、镓或铝，更优选包含InAlGaO系半导体，最优选至少包含镓。另外，关于“主成分”，例如结晶性氧化物半导体为α-Ga2O3的情况下，只要以膜中的金属元素中的镓的原子比为0.5以上的比例包含α-Ga2O3即可。在本发明中，所述膜中的金属元素中的镓的原子比优选为0.7以上，更优选为0.8以上。而且，结晶性氧化物半导体膜的厚度不受特别限定，可为1μm以下，也可为1μm以上。而且，所述结晶性氧化物半导体膜的形状等不受特别限定，可为四边形(包含正方形和长方形)，也可为圆形(包含半圆形)，也可为多边形。所述结晶性氧化物半导体膜的表面积不受特别限定，优选为3mm见方以上，更优选为5mm见方以上，最优选为直径50mm以上。在本发明中，在通过光学显微镜观察膜表面时，所述结晶性氧化物半导体膜优选在中心3mm×3mm区域中没有裂纹，更优选在中心5mm×5mm区域中没有裂纹，最优选在中心9.5mm×9.5mm区域中没有裂纹。此外，所述结晶性氧化物半导体膜可为单晶膜，也可为多晶膜，优选单晶膜。
所述结晶性氧化物半导体膜包含掺杂剂，所述掺杂剂只要为n型掺杂剂则不受特别限定，可以是公知的掺杂剂。所述掺杂剂例如可以列举锡、锗、硅、钛、锆、钒、铌或铅等的n型掺杂剂等。在本发明中，所述掺杂剂优选为锡、锗或硅，更优选为锡或锗，最优选为锡。在所述结晶性氧化物半导体膜的组成中，掺杂剂的含量优选为0.00001原子％以上，更优选为0.00001原子％～20原子％，最优选为0.00001原子％～10原子％。通过设为这种优选范围，能够进一步提高所述结晶性氧化物半导体膜的电特性。
此外，所述结晶性氧化物半导体膜的X射线衍射法的摇摆曲线的半值宽度优选100arcsec以上，更优选300arcsec以上。所述半值宽度的上限不受特别限定，但优选1300arcsec，更优选1100arcsec。通过设为这种优选的半值宽度，能够得到迁移率更加优异的结晶性氧化物半导体膜。
上述“半值宽度”表示通过XRD(X-ray diffraction：X射线衍射法)测量的摇摆曲线半值宽度的值。测量面的取向不受特别限定，例如可以列举[11-20]或[30-30]等。
下面，说明所述结晶性氧化物半导体膜的优选的制造方法，但本发明并不局限于这些优选的制造方法。
作为所述结晶性氧化物半导体膜的优选的制造方法，可以列举使用例如图1所示的雾化CVD装置，使包含掺杂剂的原料溶液雾化或液滴化(雾化或液滴化工序)，通过载气将所得的雾或液滴运送到成膜室内(运送工序)，接着在成膜室内使所述雾或液滴进行热反应，从而在晶体基板上形成结晶性氧化物半导体膜(成膜工序)的方法中，使用主面为a面或m面的具有刚玉结构的晶体基板的方法等。在本发明中，优选使用主面为a面或m面的具有刚玉结构且可形成有缓和层的晶体基板，另外在使用主面为a面或m面的具有刚玉结构且可形成有不含掺杂剂的缓和层的晶体基板时，能够更加提高迁移率，因此更优选。
(晶体基板)
所述晶体基板不受特别限定，但作为合适例可以举出在主面的全部或一部分具有刚玉结构且该主面为a面或m面的基板，这种合适的基板优选为晶体生长面侧的主面的全部或一部分具有刚玉结构的基板，更优选为晶体生长面侧的主面的全部具有刚玉结构的基板。而且，在本发明中，所述晶体基板具有偏离角的情况下能够更加提高电特性，因此优选。另外，在所述晶体基板的主面为m面的情况下，优选从基准面朝向a轴方向形成有倾斜角。而且，所述晶体基板的偏离角大小不受特别限定，但优选为0.2°～12.0°，更优选为0.5°～4.0°，最优选为0.5°～3.0°。所述晶体基板的基板形状为板状，只要成为所述结晶性氧化物半导体膜的支撑体，则不受特别限定。所述晶体基板可为绝缘体基板，也可为半导体基板，也可为导电性基板，优选为绝缘体基板，而且，还优选为在表面上具有金属膜的基板。所述基板的形状不受特别限定，可为大致的圆形(例如，圆形或椭圆形等)，也可为多边形(例如，三角形、正方形、长方形、五边形、六边形、七边形、八边形或九边形等)，可以适当地使用各种形状。在本发明中，通过将所述基板的形状设为优选的形状，能够设定形成在基板上的膜的形状。此外，在本发明中，也可以使用大面积基板，通过使用这种大面积基板，能够加大所述结晶性氧化物半导体膜的面积。只要不阻碍本发明的目的，所述晶体基板的基板材料不受特别限定，可以是公知的材料。关于所述具有刚玉结构的基板材料，作为合适的例子可以列举例如α-Al2O3(蓝宝石基板)或α-Ga2O3，作为更加合适的例子可以列举主面为a面的a面蓝宝石基板、主面为m面的m面蓝宝石基板或α氧化镓基板(主面为a面或m面)等。
作为所述不含掺杂剂的缓和层，例如可以列举α-Fe2O3、α-Ga2O3、α-Al2O3及其混晶等。在本发明中，所述缓和层优选为α-Ga2O3。所述缓和层的层叠方式不受特别限定，可以是公知的层叠方式，也可以与所述结晶性氧化物半导体膜的成膜方式同样。
(雾化或液滴化工序)
在雾化或液滴化工序中，使所述原料溶液雾化或液滴化。所述原料溶液的雾化方式或液滴化方式只要能够使所述原料溶液雾化或液滴化则不受特别限定，可以是公知方式，但在本发明中，优选为使用超声波的雾化方式或液滴化方式。通过使用超声波来获得的雾或液滴的初始速度为零且在空中浮游，因此优选，例如该雾不像喷雾那样被喷射，而是在空间中浮游，从而能够以气体形式来运送，因此不会出现因碰撞能量引起的损伤，从而是非常合适的。液滴的尺寸不受特别限定，可为几毫米左右的液滴，但优选50μm以下，更优选0.1～10μm。
(原料溶液)
所述原料溶液只要为通过雾化CVD得到所述结晶性氧化物半导体且含有所述掺杂剂的溶液，则不受特别限定。作为所述原料溶液，例如可以列举金属的有机金属络合物(例如乙酰丙酮络合物等)或卤化物(例如氟化物、氯化物、溴化物或碘化物等)的水溶液等。所述金属只要为能够构成半导体的金属即可，作为这种金属，例如可以列举镓、铟、铝或铁等。在本发明中，所述金属优选至少包含镓、铟或铝，更优选至少包含镓。只要不阻碍本发明的目的，原料溶液中的金属含量不受特别限定，优选0.001摩尔％～50摩尔％，更优选0.01摩尔％～50摩尔％。
并且，原料溶液中通常含有掺杂剂。通过在原料溶液中包含掺杂剂，能够在不进行离子注入等且不打破晶体结构的情况下容易控制结晶性氧化物半导体膜的导电性。例如在所述金属至少包含镓的情况下，所述掺杂剂可以列举锡、锗、硅或铅等n型掺杂剂等。在本发明中，所述掺杂剂优选为锡、锗或硅，更优选为锡或锗，最优选为锡。所述掺杂剂的浓度通常可为约1×1016/cm3～1×1022/cm3，而且，掺杂剂的浓度也可为例如约1×1017/cm3以下的低浓度，也可含有约1×1020/cm3以上高浓度的掺杂剂。在本发明中，掺杂剂的浓度优选1×1020/cm3以下，更优选5×1019/cm3以下。
原料溶液的溶剂不受特别限定，可为水等无机溶剂，也可为醇等有机溶剂，也可为无机溶剂和有机溶剂的混合溶剂。在本发明中，所述溶剂优选包含水，更优选为水或者水和醇的混合溶剂，最优选为水。更加具体地，作为所述水，例如可以列举纯水、超纯水、自来水、井水、矿泉水、矿物质水(鉱水)、温泉水、泉水、淡水或海水等，在本发明中优选超纯水。
(运送工序)
在运送工序中，通过载气向成膜室内运送所述雾或所述液滴。只要不阻碍本发明的目的，所述载气不受特别限定，例如可将氧、臭氧、氮或氩等非活性气体、或者氢气或合成气体等的还原气体作为合适的例子来列举。而且，载气的种类可为一种，但也可以是两种以上，也可进一步将降低流量的稀释气体(例如10倍稀释气体等)等作为第二载气来使用。而且，载气的供给处也可不是只有一处，也可为两处以上。载气的流量不受特别限定，优选0.01～20L/分钟，更优选0.5～10L/分钟。在稀释气体的情况下，稀释气体的流量优选0.001～2L/分钟，更优选0.1～1L/分钟。
(成膜工序)
在成膜工序中，在成膜室内使所述雾或液滴进行热反应，从而在基体上形成结晶性氧化物半导体膜。关于热反应，只要在具有热的情况下所述雾或液滴进行反应即可，反应条件等也是只要不阻碍本发明的目的则不受特别限定。在本工序中，通常在溶剂的蒸发温度以上的温度下进行所述热反应，但优选不过高的温度(例如1000℃)以下，更优选650℃以下，最优选400℃～650℃。而且，热反应只要不阻碍本发明的目的，就可在真空下、非氧气氛下、还原气体气氛下及氧气氛下中的任一种气氛下进行，而且，也可在大气压下、加压下及减压下中的任一种条件下进行，但在本发明中，优选在大气压下进行。另外，膜厚可通过调整成膜时间来设定。
通过如上方式获得的结晶性氧化物半导体膜不仅电特性、尤其是迁移率优异，还减少了裂纹，可应用于工业。这种结晶性氧化物半导体膜可适当地在半导体装置等中使用，尤其在功率器件上有用。例如，所述结晶性氧化物半导体膜在所述半导体装置的n型半导体层(包含n+型半导体层和n-型半导体层)中使用。而且，在本发明中，所述结晶性氧化物半导体膜可以直接使用，也可在使用从所述基板等剥离的方式等公知方式之后，在半导体装置等上应用。
此外，所述半导体装置的类型可分为在半导体层的单面侧形成电极的卧式元件(卧式器件)和在半导体层的正反两面侧分别具有电极的立式元件(立式器件)，在本发明中，可适当地用于卧式器件和立式器件，其中，优选在立式器件中使用。作为所述半导体装置，例如可以列举肖特基势垒二极管(SBD)、金属半导体场效应晶体管(MESFET)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、静电感应晶体管(SIT)、结型场效应晶体管(JFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或发光二极管(LED)等。
下面，采用附图说明在n型半导体层(n+型半导体或n-半导体层等)中应用本发明结晶性氧化物半导体膜的情况下的合适的例子，但本发明并不局限于这些例子。另外，在以下所举例的半导体装置中，只要不阻碍本发明的目的，也可以进一步包含其他层(例如绝缘体层、半绝缘体层、导体层、半导体层、缓冲层或其他中间层等)等，而且也可以适当省略缓冲层(缓和层)等。
图2示出本发明的肖特基势垒二极管(SBD)的一例。图2中的SBD具备n-型半导体层101a、n+型半导体层101b、肖特基电极105a及欧姆电极105b。
肖特基电极及欧姆电极的材料可为公知的电极材料，作为所述电极材料，例如可以列举Al、Mo、Co、Zr、Sn、Nb、Fe、Cr、Ta、Ti、Au、Pt、V、Mn、Ni、Cu、Hf、W、Ir、Zn、In、Pd、Nd或Ag等金属或其合金；氧化锡、氧化锌、氧化铼、氧化铟、氧化铟锡(ITO)、氧化锌铟(IZO)等金属氧化物导电膜；聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯等有机导电性化合物；或它们的混合物及层叠体等。
肖特基电极及欧姆电极的形成例如可通过真空沉积法或溅射法等公知方式进行。更为具体地，例如在使用所述金属中的两种金属即第一金属和第二金属来形成肖特基电极时，使由第一金属构成的层和由第二金属构成的层层叠，并利用光刻法对由第一金属构成的层及由第二金属构成的层实施图案化来进行。
在图2的SBD上施加反向偏压的情况下，由于耗尽层(未图示)在n型半导体层101a中扩散，因此成为高耐压的SBD。而且，在施加正向偏压的情况下，电流从欧姆电极105b流向肖特基电极105a。如此，使用所述半导体结构的SBD用于高耐压及大电流时优异，切换速度也快，耐压性及可靠性也优异。
(HEMT)
图3示出本发明的高电子迁移率晶体管(HEMT)的一例。图3的HEMT具备带隙宽的n型半导体层121a、带隙窄的n型半导体层121b、n+型半导体层121c、半绝缘体层124、缓冲层128、栅电极125a、源电极125b及漏电极125c。
(MOSFET)
在图4中示出本发明的半导体装置为MOSFET的情况下的一例。图4所示MOSFET为沟道型MOSFET，其具备n-型半导体层131a、n+型半导体层131b及131c、栅极绝缘膜134、栅电极135a、源电极135b及漏电极135c。
(JFET)
图5示出结型场效应晶体管(JFET)的一个合适例，所述结型场效应晶体管具备n-型半导体层141a、第一n+型半导体层141b、第二n+型半导体层141c、p型半导体层142、栅电极145a、源电极145b及漏电极145c。
(IGBT)
图6示出绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的一个合适例，所述绝缘栅双极型晶体管具备n型半导体层151、n-型半导体层151a、n+型半导体层151b、p型半导体层152、栅极绝缘膜154、栅电极155a、发射电极155b及集电极155c。
(LED)
在图7中示出本发明的半导体装置为发光二极管(LED)的情况下的一例。图7所示半导体发光元件在第二电极165b上具备n型半导体层161，在n型半导体层161上层叠有发光层163。另外，在发光层163上层叠有p型半导体层162。在p型半导体层162上具备使发光层163所产生的光透射的透光性电极167，在透光性电极167上层叠有第一电极165a。另外，除了电极部分之外，图7的半导体发光元件也可以由保护层覆盖。
透光性电极的材料可以列举包含铟(In)或钛(Ti)的氧化物的导电性材料等。更为具体地，例如可以列举In2O3、ZnO、SnO2、Ga2O3、TiO2、CeO2或由其两种以上的混晶或在其中被掺杂的材料等。可通过溅射等公知方式来设置这些材料，从而形成透光性电极。此外，在形成透光性电极后，也可以实施以透光性电极的透明化为目的的热退火。
根据图7所示的半导体发光元件，将第一电极165a设为正极，将第二电极165b设为负极，并通过两者使电流在p型半导体层162、发光层163及n型半导体层161流通，从而使发光层163发光。
第一电极165a及第二电极165b的材料例如可以列举Al、Mo、Co、Zr、Sn、Nb、Fe、Cr、Ta、Ti、Au、Pt、V、Mn、Ni、Cu、Hf、W、Ir、Zn、In、Pd、Nd或Ag等金属或其合金；氧化锡、氧化锌、氧化铼、氧化铟、氧化铟锡(ITO)、氧化锌铟(IZO)等金属氧化物导电膜；聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯等有机导电性化合物；或者它们的混合物等。电极的制膜法不受特别限定，可按照从印刷方式、喷雾法、涂布方式等湿式方式；真空沉积法、溅射法、离子镀法等物理方式；CVD、等离子CVD法等化学方式等中考虑与所述材料的适应性来适当选择的方法，从而在所述基板上形成。
另外，在图8中示出发光元件的另一种形式。图8所示的发光元件在基板169上层叠有n型半导体层161，并且在通过切除p型半导体层162、发光层163及n型半导体层161的一部分来露出的n型半导体层161的半导体层露出面上的一部分上层叠有第二电极165b。
所述半导体装置例如用于使用电源装置的系统等中。所述电源装置可通过使用公知方式将所述半导体装置连接于布线图案等来制作。在图9中示出电源系统的例子。在图9中，使用多个所述电源装置和控制电路来构成电源系统。如图10所示，所述电源系统可以与电子电路组合来用于系统装置中。此外，在图11中示出电源装置的电源电路图的一例。图11示出由功率电路和控制电路构成的电源装置的电源电路，经由逆变器(由MOSFET A～D构成)通过高频切换DC电压，从而将DC电压转换为AC后，经由变压器实施绝缘及变压，经由整流MOSFET进行整流后，通过DCL(平滑用线圈L1、L2)和电容器进行平滑化，并且输出直流电压。此时，通过电压比较器比较输出电压和基准电压，并通过PWM控制电路控制逆变器及整流MOSFET，使得输出电压成为期望的电压。
实施例
下面说明本发明的实施例，但本发明并不局限于下述内容。
(实施例1)
1、成膜装置
使用图1说明在本实施例中使用的雾化CVD装置。雾化CVD装置19具备：载置基板20的基座21、供给载气的载气供给机构22a、用于调节从载气供给机构22a送出的载气流量的流量调节阀23a、供给载气(稀释)的载气(稀释)供给机构22b、用于调节从载气(稀释)供给机构22b送出的载气流量的流量调节阀23b、收纳原料溶液24a的雾发生源24、装入水25a的容器25、安装在容器25底面的超声波振子26、由40mm内径的石英管构成的供给管27和设置在供给管27的周边部的加热器28。基座21由石英构成，其中载置基板20的表面相对于水平面倾斜。通过将作为成膜室的供给管27和基座21均由石英来制作，抑制来自装置的杂质混入形成在基板20上的膜内。
2、原料溶液的制作
在超纯水中混合乙酰丙酮镓和氯化锡(II)，将水溶液调整为镓与锡的原子比为1：0.002且镓为0.05摩尔/L，此时，在水溶液中以1.5％的体积比含有盐酸，将所得溶液作为原料溶液24a。
3、成膜准备
将在上述2中获得的原料溶液24a收纳在雾发生源24内。接下来，在基座21上设置作为基板20的m面蓝宝石基板，该m面蓝宝石基板在表面上层叠有作为缓和层的α-Ga2O3膜(未掺杂)，启动加热器28，使成膜室27内的温度升温至460℃。接下来，打开流量调节阀23a、23b，从作为载气源的载气供给机构22a、22b向成膜室27内供给载气，由载气充分地取代成膜室27的气氛后，将载气的流量调节为1.0L/min，将载气(稀释)的流量调节为0.5L/min。另外，将氮用作载气。
4、半导体膜的形成
接下来，使超声波振子26以2.4MHz振动，使该振动通过水25a传播到原料溶液24a，从而将原料溶液24a微粒化而生成原料微粒。通过载气将该原料微粒导入成膜室27内，并在大气压下及460℃下，在供给管27内使雾进行反应，从而在基板20上形成半导体膜。另外，膜厚为2.5μm，成膜时间为360分钟。
(实施例2～实施例4)
除了将具有偏离角的m面蓝宝石基板用作基板之外，通过与实施例1同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。另外，关于偏离角，实施例2中为0.5°，实施例3中为2.0°，实施例4中为3.0°。关于所得的结晶性氧化物半导体膜的膜厚，实施例2中为3.0μm，实施例3中为2.9μm，实施例4中为3.3μm。
(实施例5)
为确认重现性，通过与实施例4同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。所得的结晶性氧化物半导体膜的膜厚为3.4μm。另外，通过下述试验例确认了重现性。此外，从表1可以明确，确认为重现性良好。而且，从膜厚也可以知道重现性良好。
(实施例6)
作为原料溶液，使用如下的水溶液：即，在超纯水中混合溴化镓和溴化锡，将水溶液调整为镓与锡的原子比为1：0.08且镓为0.1摩尔/L，此时，该水溶液以10％的体积比含有氢溴酸；作为基板，取代在表面上层叠有作为缓和层的α-Ga2O3膜(未掺杂)的m面蓝宝石基板，使用在表面上未层叠缓和层的a面蓝宝石基板；以及将成膜时间设为10分钟；除上述之外，通过与实施例1同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。
(实施例7)
作为基板，取代在表面上未层叠缓和层的a面蓝宝石基板，使用在表面上层叠有作为缓和层的α-Ga2O3膜(未掺杂)的a面蓝宝石基板，除此之外，通过与实施例6同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。所得结晶性氧化物半导体膜的膜厚为0.3μm。
(实施例8)
为确认重现性，通过与实施例7同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。所得结晶性氧化物半导体膜的膜厚为0.3μm。另外，通过下述试验例进行了确认重现性。此外，从表1可以明确，确认为重现性良好。而且，从膜厚也可以知道重现性良好。
(实施例9)
作为基板，取代在表面上层叠有作为缓和层的α-Ga2O3膜(未掺杂)的m面蓝宝石基板，使用在表面上层叠有作为缓和层的α-Ga2O3膜(掺杂Sn)的a面蓝宝石基板；以及将成膜时间设为180分钟；除上述之外，通过与实施例1同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。
(实施例10)
作为基板，使用在表面上层叠有作为缓和层的α-Ga2O3膜(未掺杂)的a面蓝宝石基板，并且将原料溶液调整为原料溶液中镓与锡的原子比为1：0.0002。除此之外，通过与实施例9同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。所得结晶性氧化物半导体膜的膜厚为1.0μm。
(实施例11)
作为基板，取代在表面上层叠有作为缓和层的α-Ga2O3膜(掺杂Sn)的a面蓝宝石基板，使用在表面上未层叠缓和层的a面蓝宝石基板，除此之外，通过与实施例9同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。所得结晶性氧化物半导体膜的膜厚为0.9μm。
(实施例12)
作为原料溶液使用如下的水溶液：即，在超纯水中混合溴化镓和氧化锗，将原料溶液调整为镓与锗的原子比为1：0.01且镓为0.1摩尔/L，此时，在该水溶液中以20％的体积比含有氢溴酸；以及将成膜时间设为30分钟；除上述之外，通过与实施例6同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。
(实施例13)
除了将成膜时间设为720分钟之外，通过与实施例3同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。所得结晶性氧化物半导体膜的膜厚为3.8μm。
(比较例1)
作为基板，取代在表面上层叠有作为缓和层的α-Ga2O3膜(未掺杂)的m面蓝宝石基板，使用在表面上未层叠缓和层的c面蓝宝石基板，除此之外，通过与实施例1同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。
(比较例2)
在超纯水中混合溴化镓和氧化锗，并将原料溶液调整为镓与锗的原子比为1：005；并且作为基板，取代在表面上未层叠缓和层的a面蓝宝石基板，使用在表面上未层叠缓和层的c面蓝宝石基板；除上述之外，通过与实施例6同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。
(比较例3)
将原料溶液调整为镓与锡的原子比为1：0.005；并且作为基板，取代在表面上未层叠缓和层的a面蓝宝石基板，使用在表面上未层叠缓和层的c面蓝宝石基板；除上述之外，通过与实施例6同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。
(试验例1)
使用X射线衍射装置，对在实施例1～13及比较例1～3中获得的结晶性氧化物半导体膜进行相鉴定。使用XRD衍射装置，以15度至95度的角度进行2θ/ω扫描来进行鉴定。使用CuKα线来进行测量。其结果，在实施例1～5及实施例13中获得的结晶性氧化物半导体膜全部为m面α-Ga2O3。而且，在实施例6～12中获得的膜全部为a面α-Ga2O3，在比较例1～3中获得的膜全部为c面α-Ga2O3。而且，在表1～表3中示出在实施例1、2、4、7～12及比较例1中获得的结晶性氧化物半导体膜的摇摆曲线半值宽度的测量结果。
(试验例2)
对于在实施例1～13及比较例1～3中获得的结晶性氧化物半导体膜，通过范德堡法实施霍尔效应测量。在表1～表3中示出在实施例1～13及比较例1～3中获得的结晶性氧化物半导体膜的载流子密度、迁移率及电阻率。从表1～表3中可知，本发明的结晶性氧化物半导体膜的电特性、尤其是迁移率优异。
(试验例3)
对于在实施例1～13及比较例1～3中获得的结晶性氧化物半导体膜，使用光学显微镜观察膜表面。在观察中，将在膜表面中心3mm×3mm区域中未发现裂纹的情况标为○，将在中心3mm×3mm区域中发现裂纹的情况标为×，在表1～表3中示出观察结果。从表1～表3可知，本发明的结晶性氧化物半导体膜减少了裂纹。
[表1]
[表2]
[表3]
(实施例14)
除了将溴化硅用作掺杂剂原料之外，通过与实施例6同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。结果可知，表现出与实施例1中获得的结晶性氧化物半导体膜同等的性能。
(实施例15)
通过与实施例1同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。另外，所得膜厚为2.3μm。
(实施例16)
作为基板，使用朝向a轴具有2°偏离角的m面蓝宝石基板，除此之外，通过与实施例1同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。另外，所得膜厚为3.2μm。
(实施例17)
通过与实施例16同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。另外，所得膜厚为2.2μm。
(实施例18)
作为基板，使用在表面上未层叠作为缓和层的α-Ga2O3膜(未掺杂)且朝向a轴具有2°偏离角的m面蓝宝石基板，除此之外，通过与实施例1同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。另外，所得膜厚为2μm。
(实施例19)
作为基板，使用朝向a轴具有4°偏离角的m面蓝宝石基板，除此之外，通过与实施例1同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。另外，所得膜厚为2.6μm。
(实施例20)
在超纯水中混合乙酰丙酮镓和氯化锡(II)时，将水溶液调整为镓与锡的原子比为1：0.0002且镓为0.05摩尔/L，除此以外，通过与实施例18同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。另外，所得膜厚为1.8μm。
(实施例21)
在超纯水中混合乙酰丙酮镓和氯化锡(II)时，将水溶液调整为镓与锡的原子比为1：0.0002且镓为0.05摩尔/L，除此以外，通过与实施例18同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。另外，所得膜厚为1.8μm。
(试验例4)
对在实施例15～21中获得的结晶性氧化物半导体膜，通过与试验例1同样的方式进行相鉴定，结果在实施例15～21中获得的结晶性氧化物半导体膜全部为m面α-Ga2O3。另外，在图12中示出在实施例20及实施例21中获得的结晶性半导体膜的XRD测量结果以供参考。而且，对于在实施例15～21中获得的结晶性氧化物半导体膜，通过与试验例1～3同样的方式评价载流子密度、迁移率、半值宽度及有无裂纹。在表4中示出结果。
[表4]
(试验例5)
对m面蓝宝石基板上的掺杂Sn的α-Ga2O3膜实施基于范德堡法的霍尔效应测量，评价迁移率和载流子密度。另外，对于α-Ga2O3膜，在添加少量盐酸的同时将乙酰丙酮镓和氯化锡(II)二水合物混合至溶解为止，并将所得溶液作为原料溶液使用。作为基板使用m面蓝宝石基板，以及将成膜温度设为500℃，除上述之外，通过与实施例1同样的方式获得α-Ga2O3膜。此时，以使载流子密度成为1×1018/cm3左右的方式，适当改变氯化锡(II)二水合物的配比而准备多种原料溶液，从而获得多种α-Ga2O3膜，并在本评价中使用。
在图13中示出霍尔效应测量结果。从图13中可以明确，在载流子密度低于1×1018/cm3的低载流子密度区域(图形区内的小点)中，具有载流子密度下降且迁移率显著下降的倾向，但在载流子密度为1×1018/cm3以上的高载流子密度区域(图形区内的大点)中，没有那种倾向，表现出良好的电特性。
(试验例6)
而且，对在试验例1中获得的载流子密度为1.1×1018cm-3的α-Ga2O3膜，使用变温霍尔效应测量装置调查迁移率的温度特性。在图14中示出结果。从图14中可以明确，在低温区域中的迁移率也为40cm2/Vs以上，并且在高温区域中的电特性也良好。
(实施例22)
1、成膜装置
使用图15说明在本实施例中使用的雾化CVD装置1。雾化CVD装置1具备：供给载气的载气源2a、用于调节从载气源2a送出的载气流量的流量调节阀3a、供给载气(稀释)的供给的载气(稀释)源2b、用于调节从载气(稀释)源2b送出的载气(稀释)流量的流量调节阀3b、收纳原料溶液4a的雾发生源4、装入水5a的容器5、安装在容器5的底面的超声波振子6、成膜室7、从雾发生源4连接至成膜室7的供给管9、设置在成膜室7内的热板8、以及排出热反应后的雾、液滴及废气的排气口11。另外，在热板8上设置有基板10。
2、原料溶液的制作
在超纯水中混合溴化镓和氯化锡，将水溶液调整为镓与锡的原子比为1：0.08且镓为0.1摩尔/L，此时，在水溶液中以20％的体积比含有氢溴酸，该将水溶液作为原料溶液。
3、成膜准备
在上述2中获得的原料溶液4a收纳在雾发生源4内。接下来，在热板8上设置作为基板10的m面蓝宝石基板(偏离角2.0°)，所述m面蓝宝石基板在表面上层叠有作为缓和层的α-Ga2O3膜(未掺杂)，启动热板8，使基板温度升温至410℃。接下来，打开流量调节阀3a、3b，从作为载气源的载气供给机构2a、2b向成膜室7内供给载气，由载气充分地取代成膜室7的气氛后，将载气的流量调节为0.6L/min，将载气(稀释)的流量调节为1.0L/min。另外，将氮用作载气。
4、半导体膜的形成
接下来，使超声波振子6以2.4MHz振动，使该振动通过水5a传播到原料溶液4a，从而将原料溶液4a雾化而生成雾4b。通过载气将该雾4b经过供给管9内导入成膜室7内，并在大气压下和410℃下，使雾在基板10上进行热反应，从而在基板10上形成膜。另外，膜厚为2.0μm，成膜时间为150分钟。
(比较例4)
作为基板，取代在表面上层叠有作为缓和层的α-Ga2O3(未掺杂)的m面蓝宝石基板，使用在表面上未层叠缓和层的c面蓝宝石基板(偏离角0.2°)。除此之外，通过与实施例22同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。所得膜的膜厚为2.0μm。
(实施例23)除了将载气的流量设为0.9L/min之外，通过与实施例22同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。
(比较例5)
作为基板，取代在表面上层叠有作为缓和层的α-Ga2O3(未掺杂)的m面蓝宝石基板，使用在表面上未层叠缓和层的c面蓝宝石基板(偏离角0.2°)。除此之外，通过与实施例23同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。
(试验例7)
对在实施例22～23及比较例4～5中获得的结晶性氧化物半导体膜，通过与试验例1同样的方式进行相鉴定，结果在实施例22～23中获得的结晶性氧化物半导体膜均为m面α-Ga2O3，在比较例4～5中获得的结晶性氧化物半导体膜均为c面α-Ga2O3。对在实施例22～23及比较例4～5中获得的结晶性氧化物半导体膜，使用测试仪测量电阻值。在图16中示出其结果。从图16中可以明确，与包含n型掺杂剂(锡)的c面α-Ga2O3相比，包含n型掺杂剂(锡)的m面α-Ga2O3的电特性更加优异。
(实施例24)
作为原料溶液使用如下的水溶液：即，在超纯水中混合溴化镓和氧化锗，将水溶液调整为镓与锗的原子比为1：0.01且镓为0.1摩尔/L，此时，该水溶液以10％的体积比含有氢溴酸，并且将载气流量设为1.0L/min。除上述之外，通过与实施例22同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。所得膜的膜厚为2.0μm。
(比较例6)
作为基板，取代在表面上层叠有作为缓和层的α-Ga2O3(未掺杂)的m面蓝宝石基板，使用c面蓝宝石基板(偏离角0.2°)，除此之外，通过与实施例24同样的方式获得结晶性氧化物半导体膜。
对于在实施例24及比较例6中获得的结晶性氧化物半导体膜，通过与试验例1同样的方式进行相鉴定，结果在实施例24中获得的结晶性氧化物半导体膜为m面α-Ga2O3，在比较例6中获得的结晶性氧化物半导体膜为c面α-Ga2O3。对于在实施例24及比较例6中获得的结晶性氧化物半导体膜，通过与试验例7同样的方式测量电阻值。其结果发现与试验例7的结果同样的倾向，可知与包含n型掺杂剂(锗)的c面α-Ga2O3相比，包含n型掺杂剂(锗)的m面α-Ga2O3的电特性更加优异。
产业上的可利用性
本发明的结晶性氧化物半导体膜可在半导体装置(例如化合物半导体电子器件等)、电子零件及电气设备零件、光学及电子照相相关装置、工业部件等所有领域中使用，尤其在半导体装置等中有用。
附图标记说明
1雾化CVD装置
2a 载气源
2b 载气(稀释)源
3a 流量调节阀
3b 流量调节阀
4雾发生源
4a 原料溶液
4b 雾
5容器
5a 水
6超声波振子
7成膜室
8热板
9供给管
10 基板
11 排气口
19 雾化CVD装置
20 基板
21 基座
22a载气供给机构
22b载气(稀释)供给机构
23a流量调节阀
23b流量调节阀
24 雾发生源
24a原料溶液
25 容器
25a水
26 超声波振子
27 供给管
28 加热器
29 排气口
101a n-型半导体层
101b n+型半导体层
102p型半导体层
103半绝缘体层
104绝缘体层
105a 肖特基电极
105b 欧姆电极
121a 带隙宽的n型半导体层
121b 带隙窄的n型半导体层
121c n+型半导体层
123p型半导体层
124半绝缘体层
125a 栅电极
125b 源电极
125c 漏电极
128缓冲层
131a n-型半导体层
131b 第一n+型半导体层
131c 第二n+型半导体层
132p型半导体层
134栅极绝缘膜
135a 栅电极
135b 源电极
135c 漏电极
141a n-型半导体层
141b 第一n+型半导体层
141c 第二n+型半导体层
142p型半导体层
145a 栅电极
145b 源电极
145c 漏电极
151n型半导体层
151a n-型半导体层
151b n+型半导体层
152p型半导体层
154栅极绝缘膜
155a 栅电极
155b 发射电极
155c 集电极
161n型半导体层
162p型半导体层
163发光层
165a 第一电极
165b 第二电极
167透光性电极
169基板
