(57)【要約】【課題】放熱性が求められる半導体装置等に有用な、結晶品質に優れた結晶性酸化物膜を提供する。【解決手段】第１の結晶軸と第２の結晶軸とを少なくとも含み、ガリウムを含有する金属酸化物を主成分とする結晶性酸化物膜を形成する際に、第２の辺を第１の辺よりも短くし、第１の結晶軸方向の線熱膨張係数を第２の結晶軸方向の線熱膨張係数よりも小さく、第１の辺方向を第１の結晶軸方向と平行または略平行とし、第２の辺方向を第２の結晶軸方向と平行または略平行とすることで、第１の辺と、第１の辺よりも短い第２の辺とを少なくとも含み、第１の結晶軸方向の線熱膨張係数が、第２の結晶軸方向の線熱膨張係数よりも小さく、第１の辺方向が第１の結晶軸方向と平行または略平行であり、第２の辺方向が第２の結晶軸方向と平行または略平行である結晶性酸化物膜を得る。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の結晶軸と第２の結晶軸とを少なくとも含み、且つ、ガリウムを含有する金属酸化物を主成分とする結晶性酸化物膜であって、
第１の辺と、第１の辺よりも短い第２の辺とを少なくとも含み、
第１の結晶軸方向の線熱膨張係数が、第２の結晶軸方向の線熱膨張係数よりも小さく、
第１の辺方向が第１の結晶軸方向と平行または略平行であり、
第２の辺方向が第２の結晶軸方向と平行または略平行であることを特徴とする結晶性酸化物膜。
【請求項２】
前記金属酸化物がコランダム構造を有する請求項１記載の結晶性酸化物膜。
【請求項３】
前記金属酸化物が、さらに、インジウム、ロジウムまたはイリジウムを含む請求項１または２に記載の結晶性酸化物膜。
【請求項４】
前記金属酸化物が、さらに、インジウムまたは／およびアルミニウムを含む請求項１または２に記載の結晶性酸化物膜。
【請求項５】
第１の辺および第２の辺が、いずれも直線で表される請求項１〜４のいずれかに記載の結晶性酸化物膜。
【請求項６】
コランダム構造を有しており、膜の主面が、ａ面、ｍ面またはｒ面である請求項１〜５のいずれかに記載の結晶性酸化物膜。
【請求項７】
コランダム構造を有しており、膜の主面がｃ面であり、さらに０．２°以上のオフ角を有する請求項１〜５のいずれかに記載の結晶性酸化物膜。
【請求項８】
前記結晶性酸化物膜が半導体膜である請求項１〜７のいずれかに記載の結晶性酸化物膜。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の結晶性酸化物膜を含む半導体装置。
【請求項１０】
パワーデバイスである請求項９記載の半導体装置。
【請求項１１】
パワーモジュール、インバータまたはコンバータである請求項９記載の半導体装置。
【請求項１２】
パワーカードである請求項９記載の半導体装置。
【請求項１３】
さらに、冷却器および絶縁部材を含んでおり、前記結晶性酸化物膜の両側に前記冷却器がそれぞれ少なくとも前記絶縁部材を介して設けられている請求項１２記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記結晶性酸化物膜の両側にそれぞれ放熱層が設けられており、放熱層の外側に少なくとも前記絶縁部材を介して前記冷却器がそれぞれ設けられている請求項１３記載の半導体装置。
【請求項１５】
半導体装置を備える半導体システムであって、前記半導体装置が、請求項９〜１４のいずれかに記載の半導体装置である半導体システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に有用な結晶性酸化物膜およびその半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、異種基板上に結晶成長させる際に、クラックや格子欠陥が生じる問題がある。この問題に対し、基板と膜の格子定数や熱膨張係数を整合させること等が検討されている。また、不整合が生じる場合には、ＥＬＯのような成膜手法等も検討されている。
【０００３】
特許文献１には、異種基板上にバッファ層を形成し、前記バッファ層上に酸化亜鉛系半導体層を結晶成長させる方法が記載されている。特許文献２には、ナノドットのマスクを異種基板上に形成して、ついで、単結晶半導体材料層を形成することが記載されている。非特許文献１には、サファイア上に、ＧａＮのナノカラムを介して、ＧａＮを結晶成長させる手法が記載されている。非特許文献２には、周期的なＳｉＮ中間層を用いて、Ｓｉ（１１１）上にＧａＮを結晶成長させて、ピット等の欠陥を減少させる手法が記載されている。
【０００４】
しかしながら、いずれの技術も、成膜速度が悪かったり、基板にクラック、転位、反り等が生じたり、また、エピタキシャル膜に転位やクラック等が生じたりして、高品質なエピタキシャル膜を得ることが困難であり、基板の大口径化やエピタキシャル膜の厚膜化においても、支障が生じていた。
【０００５】
また、高耐圧、低損失および高耐熱を実現できる次世代のスイッチング素子として、バンドギャップの大きな酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）を用いた半導体装置が注目されており、インバータなどの電力用半導体装置への適用が期待されている。しかも、広いバンドギャップからＬＥＤやセンサー等の受発光装置としての応用も期待されている。当該酸化ガリウムは非特許文献３によると、インジウムやアルミニウムをそれぞれ、あるいは組み合わせて混晶することによりバンドギャップ制御することが可能であり、ＩｎＡｌＧａＯ系半導体として極めて魅力的な材料系統を構成している。ここでＩｎＡｌＧａＯ系半導体とはＩｎＸＡｌＹＧａＺＯ３（０≦Ｘ≦２、０≦Ｙ≦２、０≦Ｚ≦２、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１．５〜２．５）を示し、酸化ガリウムを内包する同一材料系統として俯瞰することができる。
【０００６】
しかしながら、酸化ガリウムは、再安定相がβガリア構造であるので、特殊な成膜法を用いなければ、コランダム構造の結晶膜を成膜することが困難であり、結晶品質等においてもまだまだ課題が数多く存在している。これに対し、現在、コランダム構造を有する結晶性半導体の成膜について、いくつか検討がなされている。
特許文献３には、ガリウム又はインジウムの臭化物又はヨウ化物を用いて、ミストＣＶＤ法により、酸化物結晶薄膜を製造する方法が記載されている。特許文献４〜６には、コランダム型結晶構造を有する下地基板上に、コランダム型結晶構造を有する半導体層と、コランダム型結晶構造を有する絶縁膜とが積層された多層構造体が記載されている。
【０００７】
また、最近では、特許文献７〜９および非特許文献４に記載されているように、コランダム構造の酸化ガリウム膜をＥＬＯ成長等させることが検討されている。特許文献７〜９に記載されている方法によれば、良質なコランダム構造の酸化ガリウム膜を得ることは可能であるが、特許文献７記載の熱膨張係数差を利用したＥＬＯ成膜手法等をもってしても、実際に結晶膜を調べてみると、ファセット成長する傾向があり、このファセット成長に起因する転位やクラックなどの課題もあって、半導体装置に適用するには、まだまだ満足のいくものではなかった。なお、特許文献４〜６には、酸化ガリウムを絶縁体として用いることも記載されているが、半導体層として用いた場合と同様に、転位やクラックなどの問題があり、本来の特性を損なうことなく半導体装置に適用するにはまだ課題があった。そのため、膜質等を維持しつつ放熱性が高められた酸化ガリウム膜が求められていた。
なお、特許文献３〜９はいずれも本出願人による特許または特許出願に関する公報である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２３２６２３号公報
【特許文献２】特表２０１０−５１６５９９号公報
【特許文献３】特許第５３９７７９４号
【特許文献４】特許第５３４３２２４号
【特許文献５】特許第５３９７７９５号
【特許文献６】特開２０１４−７２５３３号公報
【特許文献７】特開２０１６−９８１６６号公報
【特許文献８】特開２０１６−１００５９２号公報
【特許文献９】特開２０１６−１００５９３号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Kazuhide Kusakabe., et al., “Overgrowth of GaN layer on GaN nano-columns by RF-molecular beam epitaxy”, Journal of Crystal Growth 237-239 (2002) 988-992
【非特許文献２】K. Y. Zang., et al.，”Defect reduction by periodic SiNx interlayers in gallium nitride grown on Si (111)”, Journal of Applied Physics 101, 093502 (2007)
【非特許文献３】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
【非特許文献４】高塚章夫、織田真也、金子健太郎、藤田静雄、人羅俊実,“ミストエピタキシー法によるα型酸化ガリウムの横方向選択成長(ELO)”，2015年第62回応用物理学会春季学術講演会, 東海大学, (2015年3月11日−14日) 13a-P18-12.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、放熱性が求められる半導体装置等に有用な、結晶品質に優れた結晶性酸化物膜を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、第１の結晶軸と第２の結晶軸とを少なくとも含み、ガリウムを含有する金属酸化物を主成分とする結晶性酸化物膜を形成する際に、第２の辺を第１の辺よりも短くし、第１の結晶軸方向の線熱膨張係数を第２の結晶軸方向の線熱膨張係数よりも小さく、第１の辺方向を第１の結晶軸方向と平行または略平行とし、第２の辺方向を第２の結晶軸方向と平行または略平行とすることで、クラックが激減することを知見し、さらに、このようにして得られた結晶性酸化物膜が、結晶品質だけでなく、熱分散性にも優れ、放熱性が求められる半導体装置に有用であり、上記した従来の問題を一挙に解決できるものであることを見出した。
また、本発明者らは、上記知見を得た後、さらに検討を重ねて本発明を完成させるに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は、以下の発明に関する。
［１］１の結晶軸と第２の結晶軸とを少なくとも含み、且つ、ガリウムを含有する金属酸化物を主成分とする結晶性酸化物膜であって、
第１の辺と、第１の辺よりも短い第２の辺とを少なくとも含み、
第１の結晶軸方向の線熱膨張係数が、第２の結晶軸方向の線熱膨張係数よりも小さく、
第１の辺方向が第１の結晶軸方向と平行または略平行であり、
第２の辺方向が第２の結晶軸方向と平行または略平行であることを特徴とする結晶性酸化物膜。
［２］  前記金属酸化物がコランダム構造を有する前記［１］記載の結晶性酸化物膜。
［３］  前記金属酸化物が、さらに、インジウム、ロジウムまたはイリジウムを含む前記［１］または［２］に記載の結晶性酸化物膜。
［４］  前記金属酸化物が、さらに、インジウムまたは／およびアルミニウムを含む前記［１］または［２］に記載の結晶性酸化物膜。
［５］  第１の辺および第２の辺が、いずれも直線で表される前記［１］〜［４］のいずれかに記載の結晶性酸化物膜。
［６］  コランダム構造を有しており、膜の主面が、ａ面、ｍ面またはｒ面である前記［１］〜［５］のいずれかに記載の結晶性酸化物膜。
［７］  コランダム構造を有しており、膜の主面がｃ面であり、さらに０．２°以上のオフ角を有する前記［１］〜［５］のいずれかに記載の結晶性酸化物膜。
［８］  前記結晶性酸化物膜が半導体である前記［１］〜［７］のいずれかに記載の結晶性酸化物膜。
［９］  半導体層と電極とを少なくとも備える半導体装置であって、前記半導体層が、前記［８］記載の結晶性酸化物膜を含む半導体装置。
［１０］  パワーデバイスである前記［９］記載の半導体装置。
［１１］  パワーモジュール、インバータまたはコンバータである前記［９］記載の半導体装置。
［１２］  パワーカードである前記［９］記載の半導体装置。
［１３］  さらに、冷却器および絶縁部材を含んでおり、前記半導体層の両側に前記冷却器がそれぞれ少なくとも前記絶縁部材を介して設けられている前記［１２］記載の半導体装置。
［１４］  前記半導体層の両側にそれぞれ放熱層が設けられており、放熱層の外側に少なくとも前記絶縁部材を介して前記冷却器がそれぞれ設けられている前記［１３］記載の半導体装置。
［１５］  半導体装置を備える半導体システムであって、前記半導体装置が、前記［９］〜［１４］のいずれかに記載の半導体装置である半導体システム。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の結晶性酸化物膜は、結晶品質に優れており、放熱性が求められる半導体装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明で好適に用いられる成膜装置の概略構成図である。
【図２】本発明で好適に用いられる図１とは別態様の成膜装置（ミストＣＶＤ）の概略構成図である。
【図３】電源システムの好適な一例を模式的に示す図である。
【図４】システム装置の好適な一例を模式的に示す図である。
【図５】電源装置の電源回路図の好適な一例を模式的に示す図である。
【図６】実施例における顕微鏡観察結果を示す図である。
【図７】比較例における顕微鏡観察結果を示す図である。
【図８】実施例で得られた結晶性酸化物膜の半導体装置における熱分布のシミュレーションの評価結果を示す図である。なお、図中、矢印は熱の移動方向を示す。
【図９】比較例で得られた結晶性酸化物膜の半導体装置における熱分布のシミュレーションの評価結果を示す図である。なお、図中、矢印は熱の移動方向を示す。
【図１０】ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の好適な一例を模式的に示す図である。
【図１１】高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。
【図１２】金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。
【図１３】接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。
【図１４】絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。
【図１５】発光素子（ＬＥＤ）の好適な一例を模式的に示す図である。
【図１６】発光素子（ＬＥＤ）の好適な一例を模式的に示す図である。
【図１７】ジャンクションバリアショットキーダイオード（ＪＢＳ）の好適な一例を模式的に示す図である。
【図１８】ジャンクションバリアショットキーダイオード（ＪＢＳ）の好適な一例を模式的に示す図である。
【図１９】パワーカードの好適な一例を模式的に示す図である。
【図２０】本発明の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の結晶性酸化物膜は、第１の結晶軸と第２の結晶軸とを少なくとも含み、ガリウムを含有する金属酸化物を主成分とする結晶性酸化物膜であって、第１の辺と、第１の辺よりも短い第２の辺とを少なくとも含み、第１の結晶軸方向の線熱膨張係数が、第２の結晶軸方向の線熱膨張係数よりも小さく、第１の辺方向が第１の結晶軸方向と平行または略平行であり、第２の辺方向が第２の結晶軸方向と平行または略平行であることを特長とする。なお「結晶軸」とは、結晶面や回転に対する対称性などを系統的に示すために結晶構造から導き出される座標軸のことである。また、「第１の辺」は、直線であってもよいし、曲線であってもよいが、本発明においては、結晶軸との関係性をより優れたものにするため、直線であるのが好ましい。「第２の辺」もまた、直線であってもよいし、曲線であってもよいが、本発明においては、結晶軸との関係性をより優れたものにするため、直線であるのが好ましい。なお、「線熱膨張係数」とは、ＪＩＳ  Ｒ  ３１０２（１９９５）に従い測定される。「辺方向」とは、特定の形状を構成する辺の方向を意味する。「略平行」とは、完全に平行でなくてもよく、それから僅かにずれた態様であってもよい（例えばそれらが成す角が０°よりも大きくかつ１０°以下となる態様であってもよい）ことを意味している。
【００１６】
前記結晶性酸化物膜は、ガリウムを含有する金属酸化物を主成分とするものであれば、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されないが、酸化ガリウムおよびその混晶を主成分として含むのがより好ましい。また、前記結晶性酸化物膜の結晶構造等は特に限定されないが、本発明においては、前記結晶性酸化物膜がコランダム構造を有する金属酸化物を主成分として含むのが好ましい。前記金属酸化物は、ガリウムを含有するものであれば、特に限定されないが、さらに、ガリウム以外の周期律表第４周期〜第６周期の１種または２種以上の金属を含むのが好ましく、ガリウムに加えて、さらに、インジウム、ロジウムまたはイリジウムを含むのがより好ましい。また、本発明においては、前記金属酸化物が、ガリウムに加えて、さらに、インジウムまたは／およびアルミニウムを含有するもの好ましい。ガリウムを含む前記金属酸化物としては、例えば、α−Ｇａ２Ｏ３またはその混晶などが挙げられる。このような好ましい金属酸化物を主成分として含む結晶性酸化物膜は、結晶性や放熱性がより優れたものとなり、半導体特性もさらに優れたものになり得る。なお、前記「主成分」とは、結晶性酸化物膜中の組成比で、前記金属酸化物を５０％以上含むものをいい、好ましくは７０％以上含むものであり、より好ましくは９０％以上含むものである。例えば、前記金属酸化物がα−Ｇａ２Ｏ３である場合、前記結晶性酸化物膜の金属元素中のガリウムの原子比が０．５以上の割合でα−Ｇａ２Ｏ３が含まれていればそれでよい。本発明においては、前記結晶性酸化物膜の金属元素中のガリウムの原子比が０．７以上であることが好ましく、０．８以上であるのがより好ましい。なお、前記結晶性酸化物膜は、単結晶膜であってもよいし、多結晶膜であってもよい。また、前記結晶性酸化物膜は、絶縁膜、半導体膜または導電膜のいずれであってもよいが、本発明においては、半導体膜であるのが好ましい。
【００１７】
前記結晶性酸化物膜は、ドーパントが含まれていてもよい。前記ドーパントは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されない。ｎ型ドーパントであってもよいし、ｐ型ドーパントであってもよい。前記ｎ型ドーパントとしては、例えば、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウムまたはニオブなどが挙げられる。ドーパントの濃度は、適宜設定されるものであってよく、具体的には例えば、約１×１０１６／ｃｍ３〜１×１０２２／ｃｍ３であってもよいし、また、ドーパントの濃度を例えば約１×１０１７／ｃｍ３以下の低濃度にしてもよい。また、さらに、本発明によれば、ドーパントを約１×１０２０／ｃｍ３以上の高濃度で含有させてもよい。
【００１８】
前記結晶性酸化物膜は例えば次の好適な成膜方法により得ることができる。
すなわち、第１の結晶軸と第２の結晶軸とを少なくとも含む結晶基板を用いて、該結晶基板を、前記結晶性酸化物膜において、第２の辺を第１の辺よりも短くし、第１の結晶軸方向の線熱膨張係数を第２の結晶軸方向の線熱膨張係数よりも小さく、第１の辺方向を第１の結晶軸方向と平行または略平行とし、第２の辺方向を第２の結晶軸方向と平行または略平行となるように、ミストＣＶＤ法またはミスト・エピタキシー法によりエピタキシャル結晶成長させることにより得ることができる。
【００１９】
＜結晶基板＞
前記結晶基板は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知の基板であってよい。絶縁体基板であってもよいし、導電性基板であってもよいし、半導体基板であってもよい。単結晶基板であってもよいし、多結晶基板であってもよい。前記結晶基板としては、例えば、コランダム構造を有する結晶物を主成分として含む基板が挙げられる。なお、前記「主成分」とは、基板中の組成比で、前記結晶物を５０％以上含むものをいい、好ましくは７０％以上含むものであり、より好ましくは９０％以上含むものである。前記コランダム構造を有する結晶基板としては、例えば、サファイア基板、α型酸化ガリウム基板などが挙げられる。
【００２０】
本発明においては、前記結晶基板が、サファイア基板であるのが好ましい。前記サファイア基板としては、例えば、ｃ面サファイア基板、ｍ面サファイア基板、ａ面サファイア基板、ｒ面サファイア基板などが挙げられる。また、前記サファイア基板はオフ角を有していてもよい。前記オフ角は、特に限定されず、例えば、０．０１°以上であるが、好ましくは０．２°以上であり、より好ましくは０．２°〜１２°である。前記サファイア基板は、結晶成長面がａ面、ｍ面またはｒ面であるのが好ましく、０．２°以上のオフ角を有するｃ面サファイア基板であるのも好ましい。
なお、前記結晶基板の厚さは、特に限定されないが、通常、１０μｍ〜２０ｍｍであり、より好ましくは１０〜１０００μｍである。
【００２１】
また、前記結晶基板は、第１の結晶軸と第２の結晶軸とを少なくとも含む形状であるか、または第１の結晶軸および第２の結晶軸に対応する溝が形成されているのが好ましい。このような結晶基板を用いることにより、前記結晶性酸化物膜において、第２の辺を第１の辺よりも短くし、第１の結晶軸方向の線熱膨張係数を第２の結晶軸方向の線熱膨張係数よりも小さく、第１の辺方向を第１の結晶軸方向と平行または略平行とし、第２の辺方向を第２の結晶軸方向と平行または略平行となるように容易に調節することができ、前記結晶性酸化物膜を容易に得ることができる。
また、本発明においては、ＥＬＯマスクを用いて、前記結晶性酸化物膜において、第２の辺を第１の辺よりも短くし、第１の結晶軸方向の線熱膨張係数を第２の結晶軸方向の線熱膨張係数よりも小さく、第１の辺方向を第１の結晶軸方向と平行または略平行とし、第２の辺方向を第２の結晶軸方向と平行または略平行となりやすいように、結晶成長の方向等を制御してもよい。
前記結晶基板の好適な形状としては、例えば、三角形、四角形（例えば長方形若しくは台形等）、五角形若しくは六角形等の多角形状、Ｕ字形状、逆Ｕ字形状、Ｌ字形状またはコの字形状等が挙げられる。
【００２２】
なお、本発明においては、前記結晶基板上にバッファ層や応力緩和層等の他の層を設けもよい。バッファ層としては、前記結晶基板または前記結晶性酸化物膜の結晶構造と同一の結晶構造を有する金属酸化物からなる層などが挙げられる。また、応力緩和層としては、ＥＬＯマスク層などが挙げられる。
【００２３】
前記エピタキシャル結晶成長の手段は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知の手段であってよい。前記エピタキシャル結晶成長手段としては、例えば、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ法、ミストＣＶＤ法、ミスト・エピタキシー法、ＭＢＥ法、ＨＶＰＥ法、パルス成長法またはＡＬＤ法などが挙げられる。本発明においては、前記エピタキシャル結晶成長手段が、ミストＣＶＤ法またはミスト・エピタキシー法であるのが好ましい。
【００２４】
前記のミストＣＶＤ法またはミスト・エピタキシー法では、金属を含む原料溶液を霧化し（霧化工程）、液滴を浮遊させ、得られた霧化液滴をキャリアガスでもって前記結晶基板近傍まで搬送し（搬送工程）、ついで、前記霧化液滴を熱反応させること（成膜工程）により行う。
【００２５】
（原料溶液）
原料溶液は、成膜原料として少なくともガリウムを含んでおり、霧化可能であれば特に限定されず、無機材料を含んでいてもよいし、有機材料を含んでいてもよい。ガリウム以外の金属を含んでいてもよい。ガリウムまたはガリウム以外の前記金属は、金属単体であっても、金属化合物であってもよく、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されない。また、ガリウム以外の前記金属としては、例えば、イリジウム（Ｉｒ）、インジウム（Ｉｎ）、ロジウム（Ｒｈ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、レニウム（Ｒｅ）、チタン（Ｔｉ）、スズ（Ｓｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）およびジルコニウム（Ｚｒ）から選ばれる１種または２種以上の金属などが挙げられるが、本発明においては、前記金属が、ガリウム以外の周期律表第４周期〜第６周期の１種または２種以上の金属を含むのが好ましく、インジウム、ロジウムまたはイリジウムを含むのがより好ましい。また、本発明においては、前記金属が、インジウムおよび／またはアルミニウムを含むのも好ましい。このような好ましい金属を用いることにより、半導体装置等により好適に用いることができる前記結晶性酸化物膜を成膜することができる。
【００２６】
本発明においては、前記原料溶液として、前記金属を錯体または塩の形態で有機溶媒または水に溶解または分散させたものを好適に用いることができる。錯体の形態としては、例えば、アセチルアセトナート錯体、カルボニル錯体、アンミン錯体、ヒドリド錯体などが挙げられる。塩の形態としては、例えば、有機金属塩（例えば金属酢酸塩、金属シュウ酸塩、金属クエン酸塩等）、硫化金属塩、硝化金属塩、リン酸化金属塩、ハロゲン化金属塩（例えば塩化金属塩、臭化金属塩、ヨウ化金属塩等）などが挙げられる。
【００２７】
前記原料溶液の溶媒は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、水等の無機溶媒であってもよいし、アルコール等の有機溶媒であってもよいし、無機溶媒と有機溶媒との混合溶媒であってもよい。本発明においては、前記溶媒が水を含むのが好ましい。
【００２８】
また、前記原料溶液には、ハロゲン化水素酸や酸化剤等の添加剤を混合してもよい。前記ハロゲン化水素酸としては、例えば、臭化水素酸、塩酸、ヨウ化水素酸などが挙げられる。前記酸化剤としては、例えば、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、過酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ２）、過酸化バリウム（ＢａＯ２）、過酸化ベンゾイル（Ｃ６Ｈ５ＣＯ）２Ｏ２等の過酸化物、次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）、過塩素酸、硝酸、オゾン水、過酢酸やニトロベンゼン等の有機過酸化物などが挙げられる。
【００２９】
前記原料溶液には、ドーパントが含まれていてもよい。前記ドーパントは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されない。前記ドーパントとしては、例えば、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウムもしくはニオブ等のｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントなどが挙げられる。ドーパントの濃度は、通常、約１×１０１６／ｃｍ３〜１×１０２２／ｃｍ３であってもよいし、また、ドーパントの濃度を例えば約１×１０１７／ｃｍ３以下の低濃度にしてもよい。また、さらに、本発明によれば、ドーパントを約１×１０２０／ｃｍ３以上の高濃度で含有させてもよい。
【００３０】
（霧化工程）
前記霧化工程は、金属を含む原料溶液を調整し、前記原料溶液を霧化し、液滴を浮遊させ、霧化液滴を発生させる。前記金属の配合割合は、特に限定されないが、原料溶液全体に対して、０．０００１ｍｏｌ／Ｌ〜２０ｍｏｌ／Ｌが好ましい。霧化手段は、前記原料溶液を霧化できさえすれば特に限定されず、公知の霧化手段であってよいが、本発明においては、超音波振動を用いる霧化手段であるのが好ましい。本発明で用いられるミストは、空中に浮遊するものであり、例えば、スプレーのように吹き付けるのではなく、初速度がゼロで、空間に浮かびガスとして搬送することが可能なミストであるのがより好ましい。ミストの液滴サイズは、特に限定されず、数ｍｍ程度の液滴であってもよいが、好ましくは５０μｍ以下であり、より好ましくは１〜１０μｍである。
【００３１】
（搬送工程）
前記搬送工程では、前記キャリアガスによって前記霧化液滴を前記基体へ搬送する。キャリアガスの種類としては、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、例えば、酸素、オゾン、不活性ガス（例えば窒素やアルゴン等）、または還元ガス（水素ガスやフォーミングガス等）などが好適な例として挙げられる。また、キャリアガスの種類は１種類であってよいが、２種類以上であってもよく、キャリアガス濃度を変化させた希釈ガス（例えば１０倍希釈ガス等）などを、第２のキャリアガスとしてさらに用いてもよい。また、キャリアガスの供給箇所も１箇所だけでなく、２箇所以上あってもよい。キャリアガスの流量は、特に限定されないが、１ＬＰＭ以下が好ましく、０．１〜１ＬＰＭがより好ましい。
【００３２】
（成膜工程）
成膜工程では、前記霧化液滴を反応させて、前記結晶基板上に成膜する。前記反応は、前記霧化液滴から膜が形成される反応であれば特に限定されないが、本発明においては、熱反応が好ましい。前記熱反応は、熱でもって前記霧化液滴が反応すればそれでよく、反応条件等も本発明の目的を阻害しない限り特に限定されない。本工程においては、前記熱反応を、通常、原料溶液の溶媒の蒸発温度以上の温度で行うが、高すぎない温度以下が好ましく、６５０℃以下がより好ましい。また、熱反応は、本発明の目的を阻害しない限り、真空下、非酸素雰囲気下、還元ガス雰囲気下および酸素雰囲気下のいずれの雰囲気下で行われてもよく、また、大気圧下、加圧下および減圧下のいずれの条件下で行われてもよいが、本発明においては、大気圧下で行われるのが蒸発温度の計算がより簡単になり、設備等も簡素化できる等の点で好ましい。また、膜厚は成膜時間を調整することにより、設定することができる。
【００３３】
以下、図面を用いて、本発明に好適に用いられる成膜装置１９を説明する。図１の成膜装置１９は、キャリアガスを供給するキャリアガス源２２ａと、キャリアガス源２２ａから送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁２３ａと、キャリアガス（希釈）を供給するキャリアガス（希釈）源２２ｂと、キャリアガス（希釈）源２２ｂから送り出されるキャリアガス（希釈）の流量を調節するための流量調節弁２３ｂと、原料溶液２４ａが収容されるミスト発生源２４と、水２５ａが入れられる容器２５と、容器２５の底面に取り付けられた超音波振動子２６と、成膜室３０と、ミスト発生源２４から成膜室３０までをつなぐ石英製の供給管２７と、成膜室３０内に設置されたホットプレート（ヒーター）２８とを備えている。ホットプレート２８上には、基板２０が設置されている。
【００３４】
そして、図１に記載のとおり、原料溶液２４ａをミスト発生源２４内に収容する。次に、基板２０を用いて、ホットプレート２８上に設置し、ホットプレート２８を作動させて成膜室３０内の温度を昇温させる。次に、流量調節弁２３（２３ａ、２３ｂ）を開いてキャリアガス源２２（２２ａ、２２ｂ）からキャリアガスを成膜室３０内に供給し、成膜室３０の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量と、キャリアガス（希釈）の流量とをそれぞれ調節する。次に、超音波振動子２６を振動させ、その振動を、水２５ａを通じて原料溶液２４ａに伝播させることによって、原料溶液２４ａを微粒子化させて霧化液滴２４ｂを生成する。この霧化液滴２４ｂが、キャリアガスによって成膜室３０内に導入され、基板２０まで搬送され、そして、大気圧下、成膜室３０内で霧化液滴２４ｂが熱反応して、基板２０上に膜が形成する。
【００３５】
また、図２に示すミストＣＶＤ装置（成膜装置）１９を用いるのも好ましい。図２のミストＣＶＤ装置１９は、基板２０を載置するサセプタ２１と、キャリアガスを供給するキャリアガス供給手段２２ａと、キャリアガス供給手段２２ａから送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁２３ａと、キャリアガス（希釈）を供給するキャリアガス（希釈）供給手段２２ｂと、キャリアガス（希釈）供給手段２２ｂから送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁２３ｂと、原料溶液２４ａが収容されるミスト発生源２４と、水２５ａが入れられる容器２５と、容器２５の底面に取り付けられた超音波振動子２６と、内径４０ｍｍの石英管からなる供給管２７と、供給管２７の周辺部に設置されたヒーター２８と、熱反応後のミスト、液滴および排気ガスを排出する排気口２９とを備えている。サセプタ２１は、石英からなり、基板２０を載置する面が水平面から傾斜している。成膜室となる供給管２７とサセプタ２１をどちらも石英で作製することにより、基板２０上に形成される膜内に装置由来の不純物が混入することを抑制している。このミストＣＶＤ装置１９は、前記の成膜装置１９と同様に扱うことができる。
【００３６】
前記の好適な成膜装置を用いれば、前記結晶基板の結晶成長面上に、より容易に前記結晶性酸化物膜を形成することができる。なお、前記結晶性酸化物膜は、通常、エピタキシャル結晶成長により形成される。
【００３７】
前記結晶性酸化物膜は半導体装置、特にパワーデバイスに有用である。前記結晶性酸化物膜を用いて形成される半導体装置としては、ＭＩＳやＨＥＭＴ等のトランジスタやＴＦＴ、半導体‐金属接合を利用したショットキーバリアダイオード、ＪＢＳ、他のＰ層と組み合わせたＰＮ又はＰＩＮダイオード、受発光素子などが挙げられる。本発明においては、前記結晶性酸化物膜を、所望により前記結晶基板と剥離等して、半導体装置に用いることができる。
【００３８】
また、前記半導体装置は、電極が半導体層の片面側に形成された横型の素子（横型デバイス）と、半導体層の表裏両面側にそれぞれ電極を有する縦型の素子（縦型デバイス）のいずれにも好適に用いられるが、本発明においては、中でも、縦型デバイスに用いることが好ましい。前記半導体装置の好適な例としては、例えば、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）、ジャンクションバリアショットキーダイオード（ＪＢＳ）、金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）、接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）または発光ダイオード（ＬＥＤ）などが挙げられる。
【００３９】
以下、本発明の結晶性酸化物膜をｎ型半導体層（ｎ＋型半導体やｎ−半導体層等）に適用した場合の前記半導体装置の好適な例を、図面を用いて説明するが、本発明は、これらの例に限定されるものではない。
【００４０】
図１０は、本発明に係るショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の一例を示している。図１０のＳＢＤは、ｎ−型半導体層１０１ａ、ｎ＋型半導体層１０１ｂ、ショットキー電極１０５ａおよびオーミック電極１０５ｂを備えている。
【００４１】
ショットキー電極およびオーミック電極の材料は、公知の電極材料であってもよく、前記電極材料としては、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｈｆ、Ｗ、Ｉｒ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｐｄ、ＮｄもしくはＡｇ等の金属またはこれらの合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化レニウム、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン又はポリピロ−ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物並びに積層体などが挙げられる。
【００４２】
ショットキー電極およびオーミック電極の形成は、例えば、真空蒸着法またはスパッタリング法などの公知の手段により行うことができる。より具体的に例えば、前記金属のうち２種類の第１の金属と第２の金属とを用いてショットキー電極を形成する場合、第１の金属からなる層と第２の金属からなる層を積層させ、第１の金属からなる層および第２の金属からなる層に対して、フォトリソグラフィの手法を利用したパターニングを施すことにより行うことができる。
【００４３】
図１０のＳＢＤに逆バイアスが印加された場合には、空乏層（図示せず）がｎ型半導体層１０１ａの中に広がるため、高耐圧のＳＢＤとなる。また、順バイアスが印加された場合には、オーミック電極１０５ｂからショットキー電極１０５ａへ電子が流れる。このようにして前記半導体構造を用いたＳＢＤは、高耐圧・大電流用に優れており、スイッチング速度も速く、耐圧性・信頼性にも優れている。
【００４４】
（ＨＥＭＴ）
図１１は、本発明に係る高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の一例を示している。図１１のＨＥＭＴは、バンドギャップの広いｎ型半導体層１２１ａ、バンドギャップの狭いｎ型半導体層１２１ｂ、ｎ＋型半導体層１２１ｃ、半絶縁体層１２４、緩衝層１２８、ゲート電極１２５ａ、ソース電極１２５ｂおよびドレイン電極１２５ｃを備えている。
【００４５】
（ＭＯＳＦＥＴ）
本発明の半導体装置がＭＯＳＦＥＴである場合の一例を図１２に示す。図１２のＭＯＳＦＥＴは、トレンチ型のＭＯＳＦＥＴであり、ｎ−型半導体層１３１ａ、ｎ＋型半導体層１３１ｂ及び１３１ｃ、ゲート絶縁膜１３４、ゲート電極１３５ａ、ソース電極１３５ｂおよびドレイン電極１３５ｃを備えている。
【００４６】
（ＪＦＥＴ）
図１３は、ｎ−型半導体層１４１ａ、第１のｎ＋型半導体層１４１ｂ、第２のｎ＋型半導体層１４１ｃ、ゲート電極１４５ａ、ソース電極１４５ｂおよびドレイン電極１４５ｃを備えている接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）の好適な一例を示す。
【００４７】
（ＩＧＢＴ）
図１４は、ｎ型半導体層１５１、ｎ−型半導体層１５１ａ、ｎ＋型半導体層１５１ｂ、ｐ型半導体層１５２、ゲート絶縁膜１５４、ゲート電極１５５ａ、エミッタ電極１５５ｂおよびコレクタ電極１５５ｃを備えている絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の好適な一例を示す。
【００４８】
（ＬＥＤ）
本発明の半導体装置が発光ダイオード（ＬＥＤ）である場合の一例を図１５に示す。図１５の半導体発光素子は、第２の電極１６５ｂ上にｎ型半導体層１６１を備えており、ｎ型半導体層１６１上には、発光層１６３が積層されている。そして、発光層１６３上には、ｐ型半導体層１６２が積層されている。ｐ型半導体層１６２上には、発光層１６３が発生する光を透過する透光性電極１６７を備えており、透光性電極１６７上には、第１の電極１６５ａが積層されている。なお、図１５の半導体発光素子は、電極部分を除いて保護層で覆われていてもよい。
【００４９】
透光性電極の材料としては、インジウム（Ｉｎ）またはチタン（Ｔｉ）を含む酸化物の導電性材料などが挙げられる。より具体的には、例えば、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、Ｇａ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２またはこれらの２以上の混晶またはこれらにドーピングされたものなどが挙げられる。これらの材料を、スパッタリング等の公知の手段で設けることによって、透光性電極を形成できる。また、透光性電極を形成した後に、透光性電極の透明化を目的とした熱アニールを施してもよい。
【００５０】
図１５の半導体発光素子によれば、第１の電極１６５ａを正極、第２の電極１６５ｂを負極とし、両者を介してｐ型半導体層１６２、発光層１６３およびｎ型半導体層１６１に電流を流すことで、発光層１６３が発光するようになっている。
【００５１】
第１の電極１６５ａ及び第２の電極１６５ｂの材料としては、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｈｆ、Ｗ、Ｉｒ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｐｄ、ＮｄもしくはＡｇ等の金属またはこれらの合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化レニウム、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン又はポリピロ−ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物などが挙げられる。電極の製膜法は特に限定されることはなく、印刷方式、スプレー法、コ−ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレ−ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式、などの中から前記材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って前記基板上に形成することができる。
【００５２】
なお、発光素子の別の態様を図１６に示す。図１６の発光素子では、基板１６９上にｎ型半導体層１６１が積層されており、ｐ型半導体層１６２、発光層１６３およびｎ型半導体層１６１の一部を切り欠くことによって露出したｎ型半導体層１６１の半導体層露出面上の一部に第２の電極１６５ｂが積層されている。
【００５３】
図１７は、本発明の好適な実施態様の一つであるジャンクションバリアショットキーダイオード（ＪＢＳ）を示す。図１７の半導体装置は、半導体領域（半導体層）３と、前記半導体領域上に設けられておりかつ前記半導体領域との間にショットキーバリアを形成可能なバリア電極２と、バリア電極２と半導体領域３との間に設けられておりかつ前記半導体領域３との間にバリア電極２のショットキーバリアのバリアハイトよりも大きなバリアハイトのショットキーバリアを形成可能なバリアハイト調整層とを含んでいる。なお、バリアハイト調整層１は半導体領域３に埋め込まれている。本発明においては、バリアハイト調整層が一定間隔ごとに設けられているのが好ましく、前記バリア電極の両端と前記半導体領域との間に、前記バリアハイト調整領域がそれぞれ設けられているのがより好ましい。このような好ましい態様により、熱安定性および密着性により優れ、リーク電流がより軽減され、さらに、より耐圧等の半導体特性に優れるようにＪＢＳが構成されている。なお、図１７の半導体装置は、半導体領域３上にオーミック電極４を備えている。
【００５４】
図１７の半導体装置の各層の形成手段は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知の手段であってよい。例えば、真空蒸着法やＣＶＤ法、スパッタ法、各種コーティング技術等により成膜した後、フォトリソグラフィー法によりパターニングする手段、または印刷技術などを用いて直接パターニングを行う手段などが挙げられる。
【００５５】
図１８は、本発明の好適な実施態様の一つであるジャンクションバリアショットキーダイオード（ＪＢＳ）を示す。図１８の半導体装置は、図１７の半導体装置とは、バリア電極の外周辺部にガードリング５が設けられている点において異なる。このように構成することによって、より耐圧等の半導体特性に優れた半導体装置を得ることができる。なお、本発明においては、ガードリング５の一部を半導体領域（半導体層）３表面にそれぞれ埋め込むことにより、耐圧をより効果的により良好なものとすることができる。またさらに、ガードリングにバリアハイトの高い金属を用いることにより、バリア電極の形成とあわせてガードリングを工業的有利に設けることができ、半導体領域にあまり影響を与えることなく、オン抵抗も悪化させずに形成することができる。
【００５６】
前記ガードリングには、通常、バリアハイトの高い材料が用いられる。前記ガードリングに用いられる材料としては、例えば、バリアハイトが１ｅＶ以上の導電性材料などが挙げられ、前記電極材料と同じものであってもよい。本発明においては、前記ガードリングに用いられる材料が、耐圧構造の設計自由度が高く、ガードリングを多く設けることもでき、柔軟に耐圧をより良好なものとすることができるので、前記金属であるのが好ましい。また、ガードリングの形状としては、特に限定されず、例えば、ロの字形状、円状、コ字形状、Ｌ字形状または帯状などが挙げられる。ガードリングの本数も特に限定されないが、好ましくは３本以上、より好ましくは６本以上である。
【００５７】
（ＭＯＳＦＥＴ）
図２０は、ｎ−型半導体層１３１ａ、第１のｎ＋型半導体層１３１ｂ、第２のｎ＋型半導体層１３１ｃ、ｐ型半導体層１３２、ｐ＋型半導体層１３２ａ、ゲート絶縁膜１３４、ゲート電極１３５ａ、ソース電極１３５ｂおよびドレイン電極１３５ｃを備えている金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の好適な一例を示す。なお、ｐ＋型半導体層１３２ａは、ｐ型半導体層であってもよく、ｐ型半導体層１３２と同じであってもよい。なお、ｐ型半導体は、ｎ型半導体と同じ材料であって、ｐ型ドーパントを含むものであってもよいし、異なるｐ型半導体であってもよい。
【００５８】
本発明の半導体装置は、上記した事項に加え、さらに公知の手段を用いて、パワーモジュール、インバータまたはコンバータとして好適に用いられ、さらには、例えば電源装置を用いた半導体システム等に好適に用いられる。前記電源装置は、公知の手段を用いて、配線パターン等に接続するなどすることにより、前記半導体装置からまたは前記半導体装置として作製することができる。図３に電源システムの例を示す。図３は、複数の前記電源装置と制御回路を用いて電源システムを構成している。前記電源システムは、図４に示すように、電子回路と組み合わせてシステム装置に用いることができる。なお、電源装置の電源回路図の一例を図５に示す。図５は、パワー回路と制御回路からなる電源装置の電源回路を示しており、インバータ（ＭＯＳＦＥＴＡ〜Ｄで構成）によりＤＣ電圧を高周波でスイッチングしＡＣへ変換後、トランスで絶縁及び変圧を実施し、整流ＭＯＳＦＥＴ（Ａ〜Ｂ’）で整流後、ＤＣＬ（平滑用コイルＬ１，Ｌ２）とコンデンサにて平滑し、直流電圧を出力する。この時に電圧比較器で出力電圧を基準電圧と比較し、所望の出力電圧となるようＰＷＭ制御回路でインバータ及び整流ＭＯＳＦＥＴを制御する。
【００５９】
本発明においては前記半導体装置が、パワーカードであるのが好ましく、冷却器および絶縁部材を含んでおり、前記半導体層（前記結晶性酸化物膜）の両側に前記冷却器がそれぞれ少なくとも前記絶縁部材を介して設けられているのがより好ましく、前記半導体層（前記結晶性酸化物膜）の両側にそれぞれ放熱層が設けられており、放熱層の外側に少なくとも前記絶縁部材を介して前記冷却器がそれぞれ設けられているのが最も好ましい。図１９は、本発明の好適な実施態様の一つであるパワーカードを示す。図１９のパワーカードは、両面冷却型パワーカード２０１となっており、冷媒チューブ２０２、スペーサ２０３、絶縁板（絶縁スペーサ）２０８、封止樹脂部２０９、半導体チップ３０１ａ、金属伝熱板（突出端子部）３０２ｂ、ヒートシンク及び電極３０３、金属伝熱板（突出端子部）３０３ｂ、はんだ層３０４、制御電極端子３０５、ボンディングワイヤ３０８を備える。冷媒チューブ２０２の厚さ方向断面は、互いに所定間隔を隔てて流路方向に延在する多数の隔壁２２１で区画された流路２２２を多数有している。このような好適なパワーカードによればより高い放熱性を実現することができ、より高い信頼性を満たすことができる。
【００６０】
半導体チップ３０１ａは、金属伝熱板３０２ｂの内側の主面上にはんだ層１０４で接合され、半導体チップ３０１ａの残余の主面には、金属伝熱板（突出端子部）３０２ｂがはんだ層３０４で接合され、これによりＩＧＢＴのコレクタ電極面及びエミッタ電極面にフライホイルダイオードのアノード電極面及びカソード電極面がいわゆる逆並列に接続されている。金属伝熱板（突出端子部）３０２ｂおよび３０３ｂの材料としては、例えば、ＭｏまたはＷ等が挙げられる。金属電熱板（突出端子部）３０２および３０３ｂは、半導体チップ１０１ａ、１０１ｂの厚さの差を吸収する厚さの差をもち、これにより金属伝熱板１０２の外表面は平面となっている。
【００６１】
樹脂封止部２０９は例えばエポキシ樹脂からなり、これら金属伝熱板３０２ｂおよび３０３ｂの側面を覆ってモールドされており、半導体チップ３０１ａは樹脂封止部２０９でモールドされている。但し、金属伝熱板３０２ｂおよび３０３ｂの外主面すなわち接触受熱面は完全に露出している。金属伝熱板（突出端子部）３０２ｂおよび３０３ｂは樹脂封止部２０９から図１９中、右方に突出し、いわゆるリードフレーム端子である制御電極端子３０５は、例えばＩＧＢＴが形成された半導体チップ３０１ａのゲート（制御）電極面と制御電極端子３０５とを接続している。
【００６２】
絶縁スペーサである絶縁板２０８は、例えば、窒化アルミニウムフィルムで構成されているが、他の絶縁フィルムであってもよい。絶縁板２０８は金属伝熱板３０２ｂおよび３０３ｂを完全に覆って密着しているが、絶縁板２０８と金属伝熱板３０２ｂおよび３０３ｂとは、単に接触するだけでもよいし、シリコングリスなどの良熱伝熱材を塗布してもよいし、それらを種々の方法で接合させてもよい。また、セラミック溶射などで絶縁層を形成してもよく、絶縁板２０８を金属伝熱板上に接合してもよく、冷媒チューブ上に接合または形成してもよい。
【００６３】
冷媒チューブ２０２は、アルミニウム合金を引き抜き成形法あるいは押し出し成形法で成形された板材を必要な長さに切断して作製されている。冷媒チューブ２０２の厚さ方向断面は、互いに所定間隔を隔てて流路方向に延在する多数の隔壁２２１で区画された流路２２２を多数有している。スペーサ２０３は、例えば、はんだ合金などの軟質の金属板であってよいが、金属伝熱板３０２ｂおよび３０３ｂの接触面に塗布等によって形成したフィルム（膜）としてもよい。この軟質のスペーサ３の表面は、容易に変形して、絶縁板２０８の微小凹凸や反り、冷媒チューブ２０２の微小凹凸や反りになじんで熱抵抗を低減する。なお、スペーサ２０３の表面等に公知の良熱伝導性グリスなどを塗布してもよく、スペーサ２０３を省略してもよい。
【００６４】
（実施例１）
１．成膜装置
本実施例では図１に示す成膜装置１９を用いた。
【００６５】
２．原料溶液の作製
臭化ガリウム（ＧａＢｒ３）０．１Ｍの水溶液に、臭化水素酸（ＨＢｒ）２０体積％を加え、これを原料溶液とした。
【００６６】
３．成膜準備
上記２．で得られた原料溶液２４ａをミスト発生源２４内に収容した。次に、基板２０として、ａ軸方向を長辺方向とする長方形（１ｍｍ×２．２５ｍｍ）のｍ面サファイア基板を用いて、ホットプレート２８上に設置し、ホットプレート２８を作動させて基板温度を５５０℃にまで昇温させた。次に、流量調節弁２３ａ、２３ｂを開いて、キャリアガス源であるキャリアガス供給手段２２ａ、２２ｂからキャリアガスを成膜室３０内に供給し、成膜室３０の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量を１Ｌ／分に調節した。キャリアガスとして窒素を用いた。
【００６７】
４．成膜
次に、超音波振動子２６を２．４ＭＨｚで振動させ、その振動を、水２５ａを通じて原料溶液２４ａに伝播させることによって、原料溶液２４ａを霧化させてミスト（霧化液滴）２４ｂを生成させた。このミスト２４ｂが、キャリアガスによって、供給管２７内を通って、成膜室３０内に導入され、大気圧下、５５０℃にて、基板２０上でミストが熱反応して、基板２０上に成膜した。成膜時間は２時間であった。得られた膜は、Ｘ線回折装置を用いて同定したところ、α−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜であった。また、得られた膜を顕微鏡にてクラックの有無を観察した。顕微鏡像を図６に示す。図６からも明らかなように、クラックのない結晶品質に優れた結晶性酸化物膜を得ることができた。
【００６８】
（比較例１）
正方形（１．５ｍｍ×１．５ｍｍ）のｍ面サファイア基板を用いたこと以外、実施例１と同様にして結晶性酸化物膜を得た。得られた結晶性酸化物膜につき、実施例１と同様に顕微鏡にてクラックの有無を観察した。顕微鏡像を図７に示す。図７から明らかなように、クラックが所々に発生した。なお、クラック発生率を調べたところ、５．６％であった。
【００６９】
（評価）
実施例品および比較例品の熱分散性につき、それぞれ半導体装置に用いた場合の熱分布のシミュレーションを実施した。実施例品の評価結果を図８に示し、比較例品の評価結果を図９に示す。図８および図９の熱的分布および熱の移動方向を示す矢印から明らかなように、本発明の結晶性酸化物膜は、熱分散性に優れており、放熱性を必要とする半導体装置に有用であることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の結晶性酸化物膜は、半導体（例えば化合物半導体電子デバイス等）、電子部品・電気機器部品、光学・電子写真関連装置、工業部材などあらゆる分野に用いることができるが、特に、半導体装置およびその部材等に有用である。
【符号の説明】
【００７１】
１    バリアハイト調整層
２    バリア電極
３    半導体領域（半導体層）
４    オーミック電極
５    ガードリング
１９    ミスト装置（成膜装置）
２０    基板
２１    サセプタ
２２ａ  キャリアガス供給手段
２２ｂ  キャリアガス（希釈）供給手段
２３ａ  流量調節弁
２３ｂ  流量調節弁
２４    ミスト発生源
２４ａ  原料溶液
２５    容器
２５ａ  水
２６    超音波振動子
２７    供給管
２８    ヒーター
２９    排気口
３０    成膜室
１０１ａ  ｎ−型半導体層
１０１ｂ  ｎ＋型半導体層
１０２    ｐ型半導体層
１０３    半絶縁体層
１０４    絶縁体層
１０５ａ  ショットキー電極
１０５ｂ  オーミック電極
１２１ａ  バンドギャップの広いｎ型半導体層
１２１ｂ  バンドギャップの狭いｎ型半導体層
１２１ｃ  ｎ＋型半導体層
１２３    ｐ型半導体層
１２４    半絶縁体層
１２５ａ  ゲート電極
１２５ｂ  ソース電極
１２５ｃ  ドレイン電極
１２８    緩衝層
１３１ａ  ｎ−型半導体層
１３１ｂ  第１のｎ＋型半導体層
１３１ｃ  第２のｎ＋型半導体層
１３２    ｐ型半導体層
１３２ａ  ｐ＋型半導体層
１３４    ゲート絶縁膜
１３５ａ  ゲート電極
１３５ｂ  ソース電極
１３５ｃ  ドレイン電極
１４１ａ  ｎ−型半導体層
１４１ｂ  第１のｎ＋型半導体層
１４１ｃ  第２のｎ＋型半導体層
１４５ａ  ゲート電極
１４５ｂ  ソース電極
１４５ｃ  ドレイン電極
１５１    ｎ型半導体層
１５１ａ  ｎ−型半導体層
１５１ｂ  ｎ＋型半導体層
１５２    ｐ型半導体層
１５４    ゲート絶縁膜
１５５ａ  ゲート電極
１５５ｂ  エミッタ電極
１５５ｃ  コレクタ電極
１６１    ｎ型半導体層
１６２    ｐ型半導体層
１６３    発光層
１６５ａ  第１の電極
１６５ｂ  第２の電極
１６７    透光性電極
１６９    基板
２０１    両面冷却型パワーカード
２０２    冷媒チューブ
２０３    スペーサ
２０８    絶縁板（絶縁スペーサ）
２０９    封止樹脂部
２２１    隔壁
２２２    流路
３０１ａ  半導体チップ
３０２ｂ  金属伝熱板（突出端子部）
３０３    ヒートシンク及び電極
３０３ｂ  金属伝熱板（突出端子部）
３０４    はんだ層
３０５    制御電極端子
３０８    ボンディングワイヤ
【図１】
2020107636.tif 000002
【図２】
2020107636.tif 000003
【図３】
2020107636.tif 000004
【図４】
2020107636.tif 000005
【図５】
2020107636.tif 000006
【図６】
2020107636.tif 000007
【図７】
2020107636.tif 000008
【図８】
2020107636.tif 000009
【図９】
2020107636.tif 000010
【図１０】
2020107636.tif 000011
【図１１】
2020107636.tif 000012
【図１２】
2020107636.tif 000013
【図１３】
2020107636.tif 000014
【図１４】
2020107636.tif 000015
【図１５】
2020107636.tif 000016
【図１６】
2020107636.tif 000017
【図１７】
2020107636.tif 000018
【図１８】
2020107636.tif 000019
【図１９】
2020107636.tif 000020
【図２０】
2020107636.tif 000021