(57)【要約】  高品質のＧａ2Ｏ3系半導体素子であるＧａ2Ｏ3系ＨＥＭＴを提供する。  ｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜３と、ｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜３上に形成された、ＩＶ族元素を含むβ−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3（０＜ｘ≦０．６）結晶からなるｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４と、ｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４上に形成されたソース電極２２及びドレイン電極２３と、ソース電極２２とドレイン電極２３との間のｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４上に形成されたゲート電極２１と、を含むＧａ2Ｏ3系ＨＥＭＴ２０を提供する。
2013035841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜と、
前記ｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜上に形成された、ＩＶ族元素を含むβ−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3（０＜ｘ≦０．６）結晶からなるｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜と、
前記ｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記ｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜上に形成されたゲート電極と、
を含むＧａ2Ｏ3系ＨＥＭＴ。
【請求項２】
前記ｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3結晶膜中のＩＶ族元素の平均濃度は１×１０14〜１×１０20／ｃｍ3である、
請求項１に記載のＧａ2Ｏ3系ＨＥＭＴ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｇａ2Ｏ3系ＨＥＭＴに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＧａ2Ｏ3系半導体素子として、サファイア基板上に形成されたＧａ2Ｏ3結晶膜を用いたＧａ2Ｏ3系半導体素子が知られている（例えば、非特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】K. Matsuzaki et al. Thin Solid Films 496, 2006, pp.37-41.
【非特許文献２】K. Matsuzaki et al. Appl. Phys. Lett. 88, 092106, 2006.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、Ｇａ2Ｏ3結晶とサファイア結晶は結晶構造がまったく異なるため、サファイア基板上にＧａ2Ｏ3結晶をヘテロエピタキシャル成長させることは非常に困難である。このため、サファイア基板上のＧａ2Ｏ3結晶膜を用いて高品質のＧａ2Ｏ3系半導体素子を形成することは困難である。【０００５】
したがって、本発明の目的は、高品質のＧａ2Ｏ3系半導体素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、上記目的を達成するために、［１］〜［６］のＧａ2Ｏ3系ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）を提供する。【０００７】
［１］ｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜と、前記ｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜上に形成された、ＩＶ族元素を含むβ−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3（０＜ｘ≦０．６）結晶からなるｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜と、前記ｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記ｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜上に形成されたゲート電極と、を含むＧａ2Ｏ3系ＨＥＭＴ。【０００８】
［２］前記ｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3結晶膜中のＩＶ族元素の平均濃度は１×１０14〜１×１０20／ｃｍ3である、前記［１］に記載のＧａ2Ｏ3系ＨＥＭＴ。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高品質のＧａ2Ｏ3系半導体素子であるＧａ2Ｏ3系ＨＥＭＴを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係るＧａ2Ｏ3系ＨＥＭＴの断面図
【図２】実施の形態に係るＭＢＥ装置の構成を概略的に示す構成図
【図３Ａ】実施の形態に係る高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板、ｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜、及びｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜の断面図
【図３Ｂ】実施の形態に係る高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板、ｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜、及びｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態によれば、ヘテロエピタキシャル成長法を用いて高品質なｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3結晶膜を形成し、その高品質のｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3結晶膜を用いて、高品質のＧａ2Ｏ3系ＨＥＭＴを形成することができる。以下、その実施の形態の一例について詳細に説明する。
【００１２】
〔実施の形態〕
（Ｇａ2Ｏ3系ＨＥＭＴの構成）
図１は、実施の形態に係るＧａ2Ｏ3系ＨＥＭＴ２０の断面図である。Ｇａ2Ｏ3系ＨＥＭＴ２０は、高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２上に形成されたｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜３と、ｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜３上に形成されたＩＶ族元素を含むｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４と、ｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４上に形成されたソース電極２２及びドレイン電極２３と、ソース電極２２とドレイン電極２３の間のｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４上に形成されたゲート電極２１を含む。
【００１３】
高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２は、Ｍｇ、Ｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、ＣＳ、Ｆｒ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｎ、又はＰ等を添加することにより高抵抗化したβ−Ｇａ2Ｏ3基板である。
【００１４】
高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２の主面は、（１００）面から５０°以上９０°以下の角度だけ回転させた面であることが好ましい。すなわち、高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２において主面と（１００）面のなす角θ（０＜θ≦９０°）が５０°以上であることが好ましい。（１００）面から５０°以上９０°以下回転させた面として、例えば、（０１０）面、（００１）面、（−２０１）面、（１０１）面、及び（３１０）面が存在する。
【００１５】
高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２の主面が、（１００）面から５０°以上９０°以下の角度だけ回転させた面である場合、高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２上にβ−Ｇａ2Ｏ3系結晶をエピタキシャル成長させるときに、β−Ｇａ2Ｏ3系結晶の原料の高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２からの再蒸発を効果的に抑えることができる。具体的には、β−Ｇａ2Ｏ3系結晶を成長温度５００℃で成長させたときに再蒸発する原料の割合を０％としたとき、高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２の主面が、（１００）面から５０°以上９０°以下回転させた面である場合、再蒸発する原料の割合を４０％以下に抑えることができる。そのため、供給する原料の６０％以上をβ−Ｇａ2Ｏ3系結晶の形成に用いることができ、β−Ｇａ2Ｏ3系結晶の成長速度や製造コストの観点から好ましい。
【００１６】
β−Ｇａ2Ｏ3結晶は単斜晶系の結晶構造を有し、その典型的な格子定数はａ＝１２．２３Å、ｂ＝３．０４Å、ｃ＝５．８０Å、α＝γ＝９０°、β＝１０３．７°である。β−Ｇａ2Ｏ3結晶においては、ｃ軸を軸として（１００）面を５２．５°回転させると（３１０）面と一致し、９０°回転させると（０１０）面と一致する。また、ｂ軸を軸として（１００）面を５３．８°回転させると、回転方向によって（１０１）面又は（−２０１）面と一致し、（１００）面を５３．８°回転させたときに（１０１）面が現れる回転方向へ７６．３°回転させると（００１）面と一致する。
【００１７】
また、高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２の主面は、（０１０）面から３７．５°以下の角度だけ回転させた面であってもよい。この場合、高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２とｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜３との界面を急峻にすることができると共に、ｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜３の厚みを高精度に制御することができる。
【００１８】
ｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜３は、後述される方法により高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２上に形成された真性半導体単結晶膜である。ｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜３の厚さは、例えば、１０〜１０００ｎｍ程度である。
【００１９】
ｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４は、後述される方法によりｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜３上に形成された、電気伝導性を有するｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3（０＜ｘ≦０．６）単結晶膜である。ｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４の厚さは、例えば、１０〜１０００ｎｍ程度である。
【００２０】
ソース領域２４とドレイン領域２５は、ｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４中に形成される不純物高濃度領域であり、それぞれソース電極２２とドレイン電極２３が接続される。なお、ソース領域２４とドレイン領域２５はＧａ2Ｏ3系ＨＥＭＴ２０に含まれなくてもよい。
【００２１】
ゲート電極２１は、例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｂ等の金属、これらの金属のうちの２つ以上を含む合金、ＩＴＯ等の導電性化合物、又は導線性ポリマーからなる。導線性ポリマーとしては、ポリチオフェン誘導体（ＰＥＤＯＴ：ポリ(3,4)-エチレンジオキシチオフェン）にポリスチレンスルホン酸（PSS）をドーピングしたものや、ポリピロール誘導体にＴＣＮＡをドーピングしたものなどが用いられる。また、ゲート電極２１は、異なる２つの金属からなる２層構造、例えばＡｌ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｎｉ、Ａｕ／Ｃｏ、を有してもよい。
【００２２】
ゲート電極２１とｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４の界面はショットキー接合を形成し、ｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４中のゲート電極３１下に空乏層が形成される。また、ｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４とｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜３の界面はヘテロ接合を形成し、この界面近傍のｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜３の表面に二次元的な電子層が形成され、チャネルとして働く。
【００２３】
（β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜及びｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜の製造方法）
β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜及びｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜の製造方法としては、ＰＬＤ（Pulsed Laser Deposition）法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタリング法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ；Molecular Beam Epitaxy）法等があるが、本実施の形態では、ＭＢＥ法を用いた薄膜成長法を採用する。ＭＢＥ法は、単体あるいは化合物の固体をセルと呼ばれる蒸発源で加熱し、加熱により生成された蒸気を分子線として基板表面に供給する結晶成長方法である。
【００２４】
図２は、β−Ｇａ2Ｏ3系単結晶膜の形成に用いられるＭＢＥ装置の一例を示す構成図である。このＭＢＥ装置１は、真空槽１０と、この真空槽１０内に支持され、高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２を保持する基板ホルダ１１と、基板ホルダ１１に保持された高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２を加熱するための加熱装置１２と、薄膜を構成する原子又は分子ごとに設けられた複数のセル１３（１３ａ，１３ｂ、１３ｃ）と、複数のセル１３を加熱するためのヒータ１４（１４ａ，１４ｂ、１４ｃ）と、真空槽１０内に酸素系ガスを供給するガス供給パイプ１５と、真空槽１０内の空気を排出するための真空ポンプ１６とを備えている。基板ホルダ１１は、シャフト１１０を介して図示しないモータにより回転可能に構成されている。
【００２５】
第１のセル１３ａには、Ｇａ粉末等のβ−Ｇａ2Ｏ3系単結晶膜のＧａ原料が充填されている。この粉末のＧａの純度は、６Ｎ以上であることが望ましい。第２のセル１３ｂには、ドナーとしてドーピングされるＩＶ族元素の原料の粉末（例えば、Ｓｎの原料としてＳｎ粉末）が充填されている。第３のセル１３ｃには、Ａｌ粉末等のβ−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜のＡｌ原料が充填されている。第１のセル１３ａ、第２のセル１３ｂ、及び第３のセル１３ｃの開口部にはシャッターが設けられている。
【００２６】
基板ホルダ１１には、予め作製された高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２が取り付けられ、この高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２上にβ−Ｇａ2Ｏ3結晶をホモエピタキシャル成長させることにより、ｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜３を形成する。さらに、ＩＶ族元素を添加しつつβ−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3結晶をヘテロエピタキシャル成長させることにより、ｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４を形成する。
【００２７】
この高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２は、例えば、次のような手順で作製される。まず、ＥＦＧ法により、Ｍｇをドーピングした半絶縁性β−Ｇａ2Ｏ3単結晶インゴットを作製する。なお、ドーピングする元素はＭｇに限られない。例えば、Ｇａサイトを置換する場合は、Ｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、ＣＳ、Ｆｒ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｔｌ、又はＰｂを用いることができる。また、酸素サイトを置換する場合は、Ｎ、又はＰを用いることができる。Ｍｇをドーピングする場合は、原料粉末にＭｇＯ粉末を混合することにより行う。高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２に良好な絶縁性を持たせるためには、ＭｇＯを０．０５ｍｏｌ％以上添加すればよい。また、ＦＺ法により半絶縁性β−Ｇａ2Ｏ3単結晶インゴットを作製してもよい。作製したインゴットを所望の面方位が主面となるように、例えば１ｍｍ程度の厚さにスライス加工して基板化する。そして、研削研磨工程にて３００〜６００μｍ程度の厚さに加工する。
【００２８】
次に、上記の手順によって作製された高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２をＭＢＥ装置１の基板ホルダ１１に取り付ける。次に、真空ポンプ１６を作動させ、真空槽１０内の気圧を１×１０-8Ｐａ程度まで減圧する。そして、加熱装置１２によって高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２を加熱する。なお、高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２の加熱は、加熱装置１２の黒鉛ヒータ等の発熱源の輻射熱が基板ホルダ１１を介して高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２に熱伝導することにより行われる。
【００２９】
高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２が所定の温度に加熱された後、ガス供給パイプ１５から真空槽１０内に、酸素系ガスを供給する。
【００３０】
真空槽１０内に酸素系ガスを供給した後、真空槽１０内のガス圧が安定するのに必要な時間（例えば５分間）経過後、基板ホルダ１１を回転させながら第１のヒータ１４ａにより第１のセル１３ａを加熱し、Ｇａを蒸発させて分子線として高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２の表面に照射する。
【００３１】
例えば、第１のセル１３ａは９００℃に加熱され、Ｇａ蒸気のビーム等価圧力(ＢＥＰ；Beam Equivalent Pressure)は１×１０-4Ｐａである。
【００３２】
これにより、高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２の主面（（１００）面）上にβ−Ｇａ2Ｏ3結晶がホモエピタキシャル成長し、ｉ型のβ−Ｇａ2Ｏ3系単結晶膜であるｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜３が形成される。β−Ｇａ2Ｏ3結晶の成長温度は、例えば、７００℃である。
【００３３】
続けて、第１のセル１３ａに加えて第２のセル１３ｂ及び第３のセル１３ｃを加熱し、Ｇａ、Ａｌ及びＩＶ族元素を蒸発させて分子線としてｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜３の表面に照射する。ＩＶ族元素の蒸気のビーム等価圧力は、任意の濃度のＩＶ族元素をβ−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3結晶に添加するため、第２のセル１３ｂの温度により制御される。
【００３４】
これにより、ｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜３上にβ−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3結晶がＩＶ族元素を添加されながらヘテロエピタキシャル成長し、ｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４が形成される。
【００３５】
なお、ｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜３及びｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４は、ＰＬＤ（Pulsed Laser Deposition）法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により形成されてもよい。
【００３６】
図３Ａ及び図３Ｂは、本実施の形態に係る高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板２、ｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜３及びｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４の断面図である。
【００３７】
図３Ａは、β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3結晶をヘテロエピタキシャル成長させる間、ＩＶ族元素を連続的に添加することにより形成されるｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４を表す。
【００３８】
ｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４のＩＶ族元素の平均濃度は、例えば、１×１０14〜１×１０20／ｃｍ3であり、特に、１×１０17〜１×１０18／ｃｍ3であることが好ましい。このＩＶ族元素の濃度は、成膜時の第２のセル１３ｂの温度により制御することができる。
【００３９】
図３Ｂは、β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3結晶をヘテロエピタキシャル成長させる間、一定周期で間欠的にＩＶ族元素を添加することにより形成されるｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４を表す。この場合、ＩＶ族元素としてＳｎが用いられる。
【００４０】
具体的には、第２のセル１３ｂのシャッターを操作することにより、Ｓｎ蒸気を第２のセル１３ｂから間欠的に発生させ、Ｓｎを間欠的にβ−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3結晶に添加する。Ｓｎの添加は、間欠的に１回以上実施されることが好ましい。この場合、アニール処理を施さなくても、ｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４にＳｎ添加量に応じた電気伝導性を付与することができる。
【００４１】
図３Ｂのｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４は、成膜時に間欠的にＳｎが添加されるため、Ｓｎを添加しない時間に成長した第１の層５（５ａ、５ｂ、５ｃ）と、Ｓｎを添加する時間に成長した第２の層６（６ａ、６ｂ、６ｃ）を有する。
【００４２】
第２の層６のＳｎ濃度は、成膜時の第２のセル１３ｂの温度により制御することができる。第１の層５は、理想的にはＳｎを含まず、第２の層６から拡散した微量のＳｎを含むのみである。そのため、第１の層５のＳｎ濃度は、第２の層６のＳｎ濃度よりも低い。ｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４中の平均Ｓｎ濃度は、例えば、１×１０14〜３×１０18／ｃｍ3であり、特に、１×１０17〜１×１０18／ｃｍ3であることが好ましい。
【００４３】
例えば、第１の層５ａ、５ｂ、５ｃの厚さは３〜２０ｎｍ、第２の層６ａ、６ｂ、６ｃの厚さは０．２〜１ｎｍである。第１の層５ａ、５ｂ、５ｃの厚さが２０ｎｍよりも大きい場合は、第２の層６ａ、６ｂ、６ｃの間隔が大きすぎてＳｎ添加の効果が薄くなるおそれがある。一方、第２の層６ａ、６ｂ、６ｃの厚さが１ｎｍよりも大きい場合は、第２の層６ａ、６ｂ、６ｃから第１の層５ａ、５ｂ、５ｃへのＳｎの拡散量が多すぎて間欠的なＳｎ添加の効果が薄くなるおそれがある。
【００４４】
なお、ｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４の最下層（ｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜３に接する層）は、第１の層５であっても第２の層６であってもよい。また、第１の層５及び第２の層６の層数は限定されない。
【００４５】
ｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４を形成した後、ｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４にＳｎをイオン注入することでソース領域２４及びドレイン領域２５を形成する。注入するイオンはＳｎに限られない。例えば、Ｇａサイトを置換する場合は、Ｔｉ、ＺＲ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｍｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉを用いることができる。また、酸素サイトを置換する場合は、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉを用いることができる。注入濃度は、例えば、１×１０18／ｃｍ3以上５×１０19／ｃｍ3以下である。注入深さは３０ｎｍ以上である。注入後、注入領域の表面をフッ酸にて１０ｎｍ程度エッチングする。硫酸や硝酸、塩酸などを用いて行ってもよい。その後、窒素雰囲気下で８００℃以上３０ｍｉｎ以上のアニール処理を施し、注入ダメージを回復させる。アニール処理を酸素雰囲気で行う場合は、処理温度を８００℃以上９５０℃以下、処理時間を３０ｍｉｎ以上とすればよい。
【００４６】
なお、ソース領域２４及びドレイン領域２５の形成方法はイオン注入に限られず、熱拡散法を用いてもよい。この場合、ｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４のソース領域２４及びドレイン領域２５を形成したい領域上にＳｎ膜等の金属膜を接触させ、熱処理を施すことによりｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４中にＳｎ等の不純物を拡散させる。また、ソース領域２４及びドレイン領域２５は形成されなくてもよい。
【００４７】
その後、ソース電極２２、ドレイン電極２３、ゲート電極２１を形成する。
【００４８】
（実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、エピタキシャル成長法を用いて高品質なｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜３及びｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜４を形成し、これらを用いて、高品質のＧａ2Ｏ3系ＨＥＭＴ２０を形成することができる。
【００４９】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
高品質のＧａ2Ｏ3系半導体素子であるＧａ2Ｏ3系ＨＥＭＴを提供する。
【符号の説明】
【００５１】
１…ＭＢＥ装置、２…高抵抗β−Ｇａ2Ｏ3基板、３…ｉ型β−Ｇａ2Ｏ3単結晶膜、４…ｎ型β−（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜、５（５ａ、５ｂ、５ｃ）…第１の層、６（６ａ、６ｂ、６ｃ）…第２の層、２０…Ｇａ2Ｏ3系ＨＥＭＴ、２１…ゲート電極、２２…ソース電極、２３…ドレイン電極
【図１】
2013035841.tif 000003
【図２】
2013035841.tif 000004
【図３Ａ】
2013035841.tif 000005
【図３Ｂ】
2013035841.tif 000006
【国際調査報告】
2013035841.tif 000007
2013035841.tif 000008
2013035841.tif 000009