(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体特性およびショットキー特性に優れた半導体装置を提供する。【解決手段】インジウム、ガリウム又はアルミニウムを含み、かつ、コランダム構造を有する半導体層１０１ａ、１０１ｂを形成し、ついで、半導体層１０１ａ上に、周期律表第６族の金属（特にタングステン又はタングステンが含まれている合金）、周期律表第７族の金属（特にレニウム又はレニウムが含まれている合金）、周期律表第８族の金属（特にルテニウム又はルテニウムが含まれている合金）、周期律表第９族の金属（特にコバルト若しくはイリジウムまたはコバルト若しくはイリジウムが含まれている合金）を含む金属酸化物からなるショットキー電極１０５ａを形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属酸化物を含むショットキー電極と、インジウム、ガリウム又はアルミニウムを含む半導体層とを少なくとも備える半導体装置であって、
前記金属酸化物が、周期律表第６族〜第９族のいずれかに属する１種又は２種以上の金属を含む金属酸化物であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体層が、コランダム構造を有する結晶性酸化物半導体膜を構成材料とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体層が、インジウム又はガリウムを含む請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記金属酸化物が、周期律表第６族の金属を含む請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記金属酸化物がタングステンを含む請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記金属酸化物が、周期律表第７族の金属を含む請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記金属酸化物が、レニウムを含む請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記金属酸化物が、周期律表第８族の金属を含む請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項９】
前記金属酸化物が、ルテニウムを含む請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記金属酸化物が、周期律表第９族の金属を含む請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記金属酸化物が、コバルト又はイリジウムを含む請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１２】
ショットキーバリアダイオードである請求項１〜１１のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１３】
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１〜１２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、ショットキー電極を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）は、室温において４．８−５．３ｅＶという広いバンドギャップを持ち、可視光及び紫外光をほとんど吸収しない透明半導体である。そのため、特に、深紫外線領域で動作する光・電子デバイスや透明エレクトロニクスにおいて使用するための有望な材料であり、近年においては、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）を基にした、光検知器、発光ダイオード（ＬＥＤ）及びトランジスタの開発が行われている（非特許文献１参照）。
【０００３】
また、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）には、α、β、γ、σ、εの５つの結晶構造が存在し、一般的に最も安定な構造は、β−Ｇａ２Ｏ３である。しかしながら、β−Ｇａ２Ｏ３はβガリア構造であるので、一般に電子材料等で利用する結晶系とは異なり、半導体装置への利用は必ずしも好適ではない。また、β−Ｇａ２Ｏ３薄膜の成長は高い基板温度や高い真空度を必要とするので、製造コストも増大するといった問題もある。また、非特許文献２にも記載されているように、β−Ｇａ２Ｏ３では、高濃度（例えば１×１０１９／ｃｍ３以上）のドーパント（Ｓｉ）でさえも、イオン注入後、８００℃〜１１００℃の高温にてアニール処理を施さなければドナーとして使えなかった。
一方、α−Ｇａ２Ｏ３は、既に汎用に販売されているサファイア基板と同じ結晶構造を有するため、光・電子デバイスへの利用には好適であり、さらに、β−Ｇａ２Ｏ３よりも広いバンドギャップをもつため、パワーデバイスに特に有用であり、そのため、α−Ｇａ２Ｏ３を半導体として用いた半導体装置が待ち望まれている状況である。
【０００４】
特許文献１および２には、β−Ｇａ２Ｏ３を半導体として用い、これに適合したオーミック特性が得られる電極として、Ｔｉ層およびＡｕ層からなる２層、Ｔｉ層、Ａｌ層およびＡｕ層からなる３層、またはＴｉ層、Ａｌ層、Ｎｉ層およびＡｕ層からなる４層を用いた半導体装置が記載されている。
また、特許文献３には、β−Ｇａ２Ｏ３を半導体として用い、これに適合したショットキー特性が得られる電極として、Ａｕ、Ｐｔ、あるいはＮｉおよびＡｕの積層体のいずれかを用いた半導体装置が記載されている。
しかしながら、特許文献１〜３の記載の電極を、α−Ｇａ２Ｏ３を半導体として用いた半導体装置に適用した場合、ショットキー電極やオーミック電極として機能しなかったり、電極が膜につかなかったり、半導体特性が損なわれたりするなどの問題があった。
【０００５】
また、特許文献４には、コランダム構造を有するα−Ｇａ２Ｏ３を半導体として用いた半導体装置が開示されている。そして、ショットキー電極の例として、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等の金属又はこれらの合金、酸化錫、酸化亜鉛、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ている。しかしながら、このような半導体装置は、耐酸化性が求められるので、金属や合金は不適であり、耐酸化性のあるＰｔも、コランダム構造を有するα−Ｇａ２Ｏ３との密着性が悪く、また、触媒作用や酸素透過性により膜の劣化等を引き起こす問題があった。また、金属酸化膜も酸化錫、酸化亜鉛、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）等では、コランダム構造を有するα−Ｇａ２Ｏ３との連携が悪く、抵抗が高くなる等の問題があった。また、電極の形成時に半導体層の結晶構造等を損なう等の悪影響を及ぼす問題があり、そのため、工業的に有用な半導体装置を実現することが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２６０１０１号公報
【特許文献２】特開２００９−８１４６８号公報
【特許文献３】特開２０１３−１２７６０号公報
【特許文献４】特開２０１５−２２８４９５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Jun Liang Zhao et al, “UV and Visible Electroluminescence From a Sn:Ga2O3/n+−Si Heterojunction by Metal−Organic Chemical Vapor Deposition”, IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. 58, NO.5 MAY 2011
【非特許文献２】Kohei Sasaki et al, “Si−Ion Implantation Doping in β−Ga2O3 and Its Application to Fabrication of Low−Resistance Ohmic Contacts”, Applied Physics Express 6 (2013) 086502
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、半導体特性およびショットキー特性に優れた半導体装置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】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、周期律表第６族〜第９族のいずれかに属する１種又は２種以上の金属を含む金属酸化物が、コランダム構造を有するＩｎＡｌＧａ系酸化物半導体層との密着性に優れており、さらに、ショットキー特性にも優れていることを見出し、ショットキー電極として有用であることを知見した。そして、このような半導体装置が、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。
【００１０】
すなわち、本発明は、以下の発明に関する。
［１］  金属酸化物を含むショットキー電極と、インジウム、ガリウム又はアルミニウムを含む半導体層とを少なくとも備える半導体装置であって、
前記金属酸化物が、周期律表第６族〜第９族のいずれかに属する１種又は２種以上の金属を含む金属酸化物であることを特徴とする半導体装置。
［２］  前記半導体層が、コランダム構造を有する結晶性酸化物半導体膜を構成材料とする前記［１］記載の半導体装置。
［３］  前記半導体層が、インジウム又はガリウムを含む前記［１］又は［２］に記載の半導体装置。
［４］  前記金属酸化物が、周期律表第６族の金属を含む前記［１］〜［３］のいずれかに記載の半導体装置。
［５］  前記金属酸化物がタングステンを含む前記［１］〜［３］のいずれかに記載の半導体装置。
［６］  前記金属酸化物が、周期律表第７族の金属を含む前記［１］〜［３］のいずれかに記載の半導体装置。
［７］  前記金属酸化物が、レニウムを含む前記［１］〜［３］のいずれかに記載の半導体装置。
［８］  前記金属酸化物が、周期律表第８族の金属を含む前記［１］〜［３］のいずれかに記載の半導体装置。
［９］  前記金属酸化物が、ルテニウムを含む前記［１］〜［３］のいずれかに記載の半導体装置。
［１０］  前記金属酸化物が、周期律表第９族の金属を含む前記［１］〜［３］のいずれかに記載の半導体装置。
［１１］  前記金属酸化物が、コバルト又はイリジウムを含む前記［１］〜［３］のいずれかに記載の半導体装置。
［１２］  ショットキーバリアダイオードである前記［１］〜［１１］のいずれかに記載の半導体装置。
［１３］  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［１］〜［１２］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】
【００１１】
本発明の半導体装置は、半導体特性およびショットキー特性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の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２】本発明の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３】本発明に用いられる第１の金属層の好適な一例を模式的に示す図である。
【図４】本発明に用いられる第２の金属層の好適な一例を模式的に示す図である。
【図５】実施例で用いたミストＣＶＤ装置の概略構成図である。
【図６】実施例で用いたミストＣＶＤ装置の概略構成図である。
【図７】本発明の金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。
【図８】電源システムの好適な一例を模式的に示す図である。
【図９】システム装置の好適な一例を模式的に示す図である。
【図１０】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１１】比較例のＩＶ測定の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の半導体装置は、金属酸化物を含むショットキー電極と、インジウム、ガリウム又はアルミニウムを含む半導体層とを少なくとも備える半導体装置であって、前記金属酸化物が、周期律表第６族〜第９族のいずれかに属する１種又は２種以上の金属を含む金属酸化物であることを特長とする。
【００１４】
前記半導体層（以下、「結晶性酸化物半導体膜」ともいう）は、インジウム、ガリウム又はアルミニウムを含む半導体であれば特に限定されないが、耐酸化性を有するとの観点から、酸化物半導体であるのが好ましい。前記酸化物半導体は、ＩｎＡｌＧａＯ系半導体を主成分とするのが好ましく、ガリウムまたはインジウムを少なくとも含むのがより好ましく、ガリウムを少なくとも含むのが最も好ましい。ここでＩｎＡｌＧａＯ系半導体とは、通常、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。また、本発明においては、前記半導体層が、コランダム構造を有する結晶性酸化物半導体膜を構成材料とするのが好ましい。なお、「主成分」とは、例えば結晶性酸化物半導体がα−Ｇａ２Ｏ３である場合、膜中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、前記膜中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。また、結晶性酸化物半導体膜の厚さは、特に限定されず、１μｍ以下であってもよいし、１μｍ以上であってもよい。なお、前記結晶性酸化物半導体膜は、通常、単結晶であるが、多結晶であってもよい。
【００１５】
前記結晶性酸化物半導体膜は、ドーパントが含まれているのが好ましい。前記ドーパントは、特に限定されず、公知のものであってよい。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、バナジウムまたはニオブ等の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。本発明においては、前記ドーパントが、Ｓｎであるのが好ましい。Ｓｎの含有量は、前記結晶性酸化物半導体膜の組成中、０．００００１原子％以上であるのが好ましく、０．００００１原子％〜２０原子％であるのがより好ましく、０．００００１原子％〜１０原子％であるのが最も好ましい。
【００１６】
前記結晶性酸化物半導体膜は、例えば、原料溶液を霧化または液滴化し（霧化・液滴化工程）、得られたミストまたは液滴をキャリアガスでもって基体上まで搬送し（搬送工程）、ついで、成膜室内で前記ミストまたは液滴を熱反応させることによって、基体上に結晶性酸化物半導体を主成分として含む結晶性酸化物半導体膜を積層する（成膜工程）ことにより好適に得られる。
【００１７】
（霧化・液滴化工程）
霧化・液滴化工程は、前記原料溶液を霧化または液滴化する。前記原料溶液の霧化手段または液滴化手段は、前記原料溶液を霧化または液滴化できさえすれば特に限定されず、公知の手段であってよいが、本発明においては、超音波を用いる霧化手段または液滴化手段が好ましい。超音波を用いて得られたミストまたは液滴は、初速度がゼロであり、空中に浮遊するので好ましく、例えば、スプレーのように吹き付けるのではなく、空間に浮遊してガスとして搬送することが可能なミストであるので衝突エネルギーによる損傷がないため、非常に好適である。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１００ｎｍ〜１０μｍである。
【００１８】
（原料溶液）
前記原料溶液は、霧化または液滴化が可能な材料を含んでおり、重水素を含有していれば特に限定されず、無機材料であっても、有機材料であってもよいが、本発明においては、金属または金属化合物であるのが好ましく、ガリウム、鉄、インジウム、アルミニウム、バナジウム、チタン、クロム、ロジウム、ニッケル、コバルト、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、シリコン、イットリウム、ストロンチウムおよびバリウムから選ばれる１種または２種以上の金属を含むのがより好ましい。
【００１９】
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。
【００２０】
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するのが好ましい。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が、中でも、より良質な膜が得られるとの理由から、臭化水素酸またはヨウ化水素酸が好ましい。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。
【００２１】
前記原料溶液には、ドーパントが含まれていてもよい。原料溶液にドーパントを含ませることで、ドーピングを良好に行うことができる。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、バナジウムまたはニオブ等の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。
【００２２】
原料溶液の溶媒は、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く、水または水とアルコールとの混合溶媒であるのがより好ましい。
【００２３】
（搬送工程）
搬送工程では、キャリアガスでもって前記ミストまたは前記液滴を成膜室内に搬送する。前記キャリアガスとしては、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、窒素やアルゴン等の不活性ガス、または水素ガスやフォーミングガス等の還元ガス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、流量を下げた希釈ガス（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、０．０１〜２０Ｌ／分であるのが好ましく、１〜１０Ｌ／分であるのがより好ましい。希釈ガスの場合には、希釈ガスの流量が、０．００１〜２Ｌ／分であるのが好ましく、０．１〜１Ｌ／分であるのがより好ましい。
【００２４】
（成膜工程）
成膜工程では、成膜室内で前記ミストまたは液滴を熱反応させることによって、基体上に、結晶性酸化物半導体膜を成膜する。熱反応は、熱でもって前記ミストまたは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、溶媒の蒸発温度以上の温度で行うが、高すぎない温度（例えば１０００℃）以下が好ましく、６５０℃以下がより好ましく、３００℃〜６５０℃が最も好ましい。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いが、非酸素雰囲気下または酸素雰囲気下で行われるのが好ましい。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好ましい。なお、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。
【００２５】
（基体）
前記基体は、前記結晶性酸化物半導体膜を支持できるものであれば特に限定されない。前記基体の材料も、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知の基体であってよく、有機化合物であってもよいし、無機化合物であってもよい。前記基体の形状としては、どのような形状のものであってもよく、あらゆる形状に対して有効であり、例えば、平板や円板等の板状、繊維状、棒状、円柱状、角柱状、筒状、螺旋状、球状、リング状などが挙げられるが、本発明においては、基板が好ましい。基板の厚さは、本発明においては特に限定されない。
【００２６】
前記基板は、板状であって、前記結晶性酸化物半導体膜の支持体となるものであれば特に限定されない。絶縁体基板であってもよいし、半導体基板であってもよいし、金属基板や導電性基板であってもよいが、前記基板が、絶縁体基板であるのが好ましく、また、表面に金属膜を有する基板であるのも好ましい。なお、前記金属膜は多層膜が好ましい。前記基板としては、例えば、コランダム構造を有する基板材料を主成分として含む下地基板、またはβ−ガリア構造を有する基板材料を主成分として含む下地基板、六方晶構造を有する基板材料を主成分として含む下地基板などが挙げられる。ここで、「主成分」とは、前記特定の結晶構造を有する基板材料が、原子比で、基板材料の全成分に対し、好ましくは５０％以上、より好ましくは７０％以上、更に好ましくは９０％以上含まれることを意味し、１００％であってもよい。
【００２７】
基板材料は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知のものであってよい。前記のコランダム構造を有する基板材料としては、例えば、α−Ａｌ２Ｏ３（サファイア基板）またはα−Ｇａ２Ｏ３が好適に挙げられ、ａ面サファイア基板、ｍ面サファイア基板、ｒ面サファイア基板、ｃ面サファイア基板や、α型酸化ガリウム基板（ａ面、ｍ面またはｒ面）などがより好適な例として挙げられる。β−ガリア構造を有する基板材料を主成分とする下地基板としては、例えばβ−Ｇａ２Ｏ３基板、又はＧａ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３とを含みＡｌ２Ｏ３が０ｗｔ％より多くかつ６０ｗｔ％以下である混晶体基板などが挙げられる。また、六方晶構造を有する基板材料を主成分とする下地基板としては、例えば、ＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板、ＧａＮ基板などが挙げられる。
【００２８】
本発明においては、前記基体が、表面の一部または全部に、金属またはコランダム構造を有するのが好ましい。また、基体がコランダム構造を有する場合には、コランダム構造を有する基板材料を主成分とする下地基板であるのがより好ましく、サファイア基板またはα型酸化ガリウム基板であるのが最も好ましい。また、前記基体は、アルミニウムを含んでいてもよく、この場合、コランダム構造を有するアルミニウム含有基板材料を主成分とする下地基板であるのが好ましく、サファイア基板（好ましくはｃ面サファイア基板、ａ面サファイア基板、ｍ面サファイア基板、Ｒ面サファイア基板）であるのがより好ましい。また、前記基体は、酸化物を含むのも好ましく、前記酸化物としては、例えば、ＹＳＺ基板、ＭｇＡｌ２Ｏ４基板、ＺｎＯ基板、ＭｇＯ基板、ＳｒＴｉＯ３基板、Ａｌ２Ｏ３基板、石英基板、ガラス基板、β型酸化ガリウム基板、チタン酸バリウム基板、チタン酸ストロンチウム基板、酸化コバルト基板、酸化銅基板、酸化クロム基板、酸化鉄基板、Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２基板、タンタル酸カリウム基板、アルミン酸ランタン基板、ランタンストロンチウムアルミネート基板、ランタンストロンチウムガレート基板、ニオブ酸リチウム基板、タンタル酸リチウム基板、アルミニウムタンタル酸ランタンストロンチウム、酸化マンガン基板、ネオジウムガレード基板、酸化ニッケル基板、スカンジウムマグネシウムアルミネート基板、酸化ストロンチウム、チタン酸ストロンチウム基板、酸化スズ基板、酸化テルル基板、酸化チタン基板、ＹＡＧ基板、イットリウム・アルミネート基板、リチウム・アルミネート基板、リチウム・ガレート基板、ＬＡＳＴ基板、ネオジムガレート基板、イットリウム・オルトバナデイト基板などが挙げられる。
【００２９】
本発明においては、前記成膜工程の後、アニール処理を行ってもよい。アニールの処理温度は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、通常、３００℃〜６５０℃であり、好ましくは３５０℃〜５５０℃である。また、アニールの処理時間は、通常、１分間〜４８時間であり、好ましくは１０分間〜２４時間であり、より好ましくは３０分間〜１２時間である。なお、アニール処理は、本発明の目的を阻害しない限り、どのような雰囲気下で行われてもよいが、好ましくは非酸素雰囲気下であり、より好ましくは窒素雰囲気下である。
【００３０】
また、本発明においては、前記基体上に、直接、結晶性酸化物半導体膜を設けてもよいし、バッファ層（緩衝層）や応力緩和層等の他の層を介して結晶性酸化物半導体膜を設けてもよい。各層の形成手段は、特に限定されず、公知の手段であってよいが、本発明においては、ミストＣＶＤ法が好ましい。
【００３１】
本発明においては、前記結晶性酸化物半導体膜を、前記基体等から剥離する等の公知の手段を用いた後に、半導体層として用いてもよいし、そのまま半導体層として用いてもよい。
【００３２】
本発明の半導体装置は、金属酸化物を含むショットキー電極と、インジウム、ガリウム又はアルミニウムを含む半導体層とを少なくとも備える。
【００３３】
前記ショットキー電極は、周期律表第６族〜第９族のいずれかに属する１種又は２種以上の金属を含む金属酸化物を含んでいれば特に限定されない。周期律表第６族〜第９族のいずれかに属する１種又は２種以上の金属としては、周期律表第６族の金属、周期律表第７族の金属、周期律表第８族の金属、周期律表第９族の金属およびこれらの合金などが挙げられる。周期律表第６族の金属としては、例えば、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）及びこれらの合金などが挙げられるが、本発明においては、前記金属酸化物がタングステン又はタングステンが含まれている合金を含むのが好ましく、タングステン又はＭＸＷＯ３（但し、Ｍ元素は、Ｃｓ、Ｒｂ、Ｋ、Ｔｌ、Ｂａ、Ｉｎ、Ｌｉ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｎａのうちから選択される１種類以上の元素、Ｗはタングステン、Ｏは酸素、０．００１≦Ｘ≦１）で表されるタングステン含有合金であるのがより好ましく、該タングステン含有合金であるのが最も好ましい。周期律表第７族の金属としては、例えば、マンガン（Ｍｎ）、テクネチウム（Ｔｃ）、レニウム（Ｒｅ）及びこれらの合金などが挙げられるが、本発明においては、コランダム構造を有する酸化物半導体との密着性により優れたものが得られるとの理由により、前記金属酸化物が、レニウム又はレニウムが含まれている合金を含むのが好ましく、ＲｅＯ２又はＲｅＯ３であるのがより好ましく、ＲｅＯ３であるのが最も好ましい。周期律表第８族の金属としては、例えば、鉄（Ｆｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）及びこれらの合金などが挙げられるが、本発明においては、前記金属酸化物が、ルテニウム又はルテニウムが含まれている合金を含むのが好ましく、ＲｕＯ２であるのがより好ましい。周期律表第９族の金属としては、例えば、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）及びこれらの合金などが挙げられるが、本発明においては、前記金属酸化物が、コバルト若しくはイリジウムまたはコバルト若しくはイリジウムが含まれている合金を含むのが好ましく、ＣｏＯ３又はＩｒＯ２であるのがより好ましい。
【００３４】
また、ショットキー電極は単層の金属層であってもよいし、２以上の金属膜を含んでいてもよい。金属層の積層手段としては、特に限定されず、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、ミストＣＶＤ法などの公知の手段などが挙げられる。本発明においては、ミストＣＶＤ法により、ショットキー電極の金属層を形成するのが好ましい。ミストＣＶＤ法による形成は、前記の半導体層の形成と同様にして行うことができる。また、本発明においては、前記金属酸化物が、タングステン、レニウム、ルテニウム、コバルト及びイリジウムから選ばれる１種又は２種以上の金属を含むのが好ましく、レニウムを含むのがより好ましい。より具体的には、酸化タングステン、酸化レニウム、酸化ルテニウム、酸化コバルト及び酸化イリジウムが好ましく、酸化レニウムがより好ましい。このような好ましい金属酸化物を用いることで、コランダム構造を有する半導体の半導体特性（例えば、耐久性、絶縁破壊電圧、耐圧、オン抵抗、安定性など）をより良好なものとすることができ、シャットキー特性も良好に発揮することができる。
【００３５】
また、本発明の半導体装置は、通常、オーミック電極を備える。オーミック電極は、周期律表第４族または第１１族の金属を含むのが好ましい。オーミック電極に用いられる好適な周期律表第４族または第１１族の金属は、前記ショットキー電極に含まれる金属と同様であってよい。また、オーミック電極は単層の金属層であってもよいし、２以上の金属層を含んでいてもよい。金属層の積層手段としては、特に限定されず、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法などの公知の手段などが挙げられる。また、オーミック電極を構成する金属は、合金であってもよい。本発明においては、オーミック電極が、Ｔｉまたは／およびＡｕを含むのが好ましく、ＴｉおよびＡｕを含むのがより好ましい。
【００３６】
前記半導体装置は、とりわけ、パワーデバイスに有用である。前記半導体装置としては、例えば、半導体レーザ、ダイオードまたはトランジスタなどが挙げられるが、中でもダイオードが好ましく、ショットキーバリアダイオードがより好ましい。
【００３７】
（ＳＢＤ）
図１は、本発明に係るショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の好適な一例を示している。図１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。
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、スパッタリング法、ミストＣＶＤ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、ショットキー電極を形成する場合、真空蒸着法、スパッタリング法、ミストＣＶＤ法などにより金属層を形成した後、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。
【００３８】
図３は、本発明に用いられる好ましいショットキー電極の一例を示している。ショットキー電極５０ａは、Ａｌ層５１、Ｒｅ層５２およびＲｅＯ３層５３からなる。なお、Ａｌ層５１及びＲｅ層５２の間に、ＴｉやＣｒ等の金属層（例えば膜厚０．１ｎｍ〜１μｍ等）を設けてもよい。各層の金属膜の膜厚は特に限定されないが、Ａｌ層５１は、１０ｎｍ〜５０μｍが好ましく、３００ｎｍ〜３０μｍがより好ましく、１μｍ〜２０μｍが最も好ましい。Ｒｅ層５２等の周期律表第６族〜第９族の金属（例えばＲｅ等）層は１ｎｍ〜１０μｍが好ましく、１ｎｍ〜５μｍがより好ましく、５ｎｍ〜５０ｎｍもしくは０．５μｍ〜５μｍが最も好ましい。ＲｅＯ３層５３等の周期律表第６族〜第９族の金属（例えばＲｅ等）の金属酸化物層は、例えば、１ｎｍ〜１０μｍが好ましく、１ｎｍ〜５μｍがより好ましく、５ｎｍ〜５０ｎｍもしくは０．５μｍ〜５μｍが最も好ましい。
【００３９】
図４は、本発明に用いられる好ましいショットキー電極の主要部を示している。ショットキー電極の主要部５０ｂは、Ｒｅ層５４及びＲｅＯ３層５５からなる。各層の金属膜の膜厚は特に限定されないが、Ｒｅ層５４の場合は、１ｎｍ〜１０μｍが好ましく、１ｎｍ〜５μｍがより好ましく、５ｎｍ〜５０ｎｍもしくは０．５μｍ〜５μｍが最も好ましい。ＲｅＯ３層５５の場合は、１ｎｍ〜１０μｍが好ましく、１ｎｍ〜５μｍがより好ましく、５ｎｍ〜５０ｎｍもしくは０．５μｍ〜５μｍが最も好ましい。なお、通常、半導体層側に、ＲｅＯ３層５５等の金属酸化物層が設けられる。
なお、本発明においては、金属酸化物層とともに金属層が用いられるのが、半導体特性がより良好となるので好ましく、金属酸化物層とともに用いられる金属層が、銅、アルミニウム、金及びニッケルから選ばれる１種または２種以上を含むのがより好ましい。
【００４０】
図１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積層構造体を用いたＳＢＤは、高耐圧・大電流用に優れており、ショットキー特性も良好で、スイッチング速度も速く、耐圧性・信頼性にも優れている。
【００４１】
図２は、本発明に係るショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の好適な他の一例を示している。図２のＳＢＤは、図１のＳＢＤの構成に加え、さらに絶縁体層１０４を備えている。より具体的には、ｎ−型半導体層１０１ａ、ｎ＋型半導体層１０１ｂ、ショットキー電極１０５ａ、オーミック電極１０５ｂおよび絶縁体層１０４を備えている。
【００４２】
絶縁体層１０４の材料としては、例えば、ＧａＯ、ＡｌＧａＯ、ＩｎＡｌＧａＯ、ＡｌＩｎＺｎＧａＯ４、ＡｌＮ、Ｈｆ２Ｏ３、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＧｄＯ、ＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４などが挙げられるが、本発明においては、コランダム構造を有するものであるのが好ましい。コランダム構造を有する絶縁体を絶縁体層に用いることで、界面における半導体特性の機能を良好に発現させることができる。絶縁体層１０４は、ｎ−型半導体層１０１とショットキー電極１０５ａとの間に設けられている。絶縁体層の形成は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法などの公知の手段により行うことができる。
その他の構成等については、上記図１のＳＢＤの場合と同様である。
図２のＳＢＤは、図１のＳＢＤに比べ、さらに絶縁特性に優れており、より高い電流制御性を有する。
【００４３】
（ＭＥＳＦＥＴ）
図７は、本発明に用いられる金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）の一例を示している。図７のＭＥＳＦＥＴは、ｎ−型半導体層１１１ａ、ｎ＋型半導体層１１１ｂ、緩衝層（バッファ層）１１８、半絶縁体層１１４、ゲート電極１１５ａ、ソース電極１１５ｂおよびドレイン電極１１５ｃを備えている。
【００４４】
前記ゲート電極は、ショットキー特性を有するのが好ましく、本発明においては、このようなゲート電極に前記ショットキー電極を好適に用いることができる。また、前記ドレイン電極は、オーミック特性を有するのが好ましく、前記オーミック電極を、前記ドレイン電極として好適に用いることができる。
【００４５】
図７のＭＥＳＦＥＴでは、ゲート電極下に良好な空乏層が形成されるので、ドレイン電極からソース電極に流れる電流を効率よく制御することができる。
【００４６】
前記半導体装置は、例えば電源装置を用いたシステム等に用いられる。前記電源装置は、公知の手段を用いて、前記半導体装置を配線パターン等に接続するなどして作製することができる。図８に電源システムの例を示す。図８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９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１０に示す。図１０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。
【実施例】
【００４７】
１．ｎ＋型半導体層の形成
１−１．成膜装置
図５を用いて、本実施例で用いたミストＣＶＤ装置１を説明する。ミストＣＶＤ装置１は、キャリアガスを供給するキャリアガス源２ａと、キャリアガス源２ａ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３ａと、キャリアガス（希釈）を供給するキャリアガス（希釈）源２ｂと、キャリアガス（希釈）源２ｂ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３ｂと、原料溶液４ａが収容されるミスト発生源４と、水５ａが入れられる容器５と、容器５の底面に取り付けられた超音波振動子６と、成膜室７と、ミスト発生源４から成膜室７までをつなぐ供給管９と、成膜室７内に設置されたホットプレート８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１１とを備えている。なお、ホットプレート８上には、基板１０が設置されている。
【００４８】
１−２．原料溶液の作製
０．１Ｍ臭化ガリウム水溶液に臭化スズを混合し、ガリウムに対するスズの原子比が１：０．０８となるように水溶液を調整し、この際、臭化重水素酸を体積比で１０％を含有させ、これを原料溶液とした。
【００４９】
１−３．成膜準備
上記１−２．で得られた原料溶液４ａをミスト発生源４内に収容した。次に、基板１０として、サファイア基板をホットプレート８上に設置し、ホットプレート８を作動させて成膜室７内の温度を４７０℃にまで昇温させた。次に、流量調節弁３ａ、３ｂを開いて、キャリアガス源であるキャリアガス供給手段２ａ、２ｂからキャリアガスを成膜室７内に供給し、成膜室７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５．０Ｌ／分に、キャリアガス（希釈）の流量を０．５Ｌ／分にそれぞれ調節した。なお、キャリアガスとして窒素を用いた。
【００５０】
１−４．結晶性酸化物半導体膜の形成
次に、超音波振動子６を２．４ＭＨｚで振動させ、その振動を、水５ａを通じて原料溶液４ａに伝播させることによって、原料溶液４ａを霧化させてミスト４ｂを生成させた。このミスト４ｂが、キャリアガスによって、供給管９内を通って、成膜室７内に導入され、大気圧下、４７０℃にて、成膜室７内でミストが熱反応して、基板１０上に膜が形成された。なお、膜厚は７．５μｍであり、成膜時間は１８０分間であった。
【００５１】
１−５．評価
ＸＲＤ回折装置を用いて、上記１−４．にて得られた膜の相の同定を行ったところ、得られた膜はα−Ｇａ２Ｏ３であった。
【００５２】
２．ｎ−型半導体層の形成
２−１．成膜装置
図６を用いて、実施例で用いたミストＣＶＤ装置１９を説明する。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。
【００５３】
２−２．原料溶液の作製
０．１Ｍ臭化ガリウム水溶液に臭化重水素酸を体積比で２０％を含有させ、これを原料溶液とした。
【００５４】
２−３．成膜準備
上記１−２．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、サファイア基板から剥離したｎ＋型半導体膜をサセプタ２１上に設置し、ヒーター２８を作動させて成膜室２７内の温度を５１０℃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２７内に供給し、成膜室２７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５Ｌ／分に、キャリアガス（希釈）の流量を０．５Ｌ／分にそれぞれ調節した。なお、キャリアガスとして酸素を用いた。
【００５５】
２−４．半導体膜形成
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を生成した。このミストが、キャリアガスによって成膜室２７内に導入され、大気圧下、５１０℃にて、成膜室２７内でミストが反応して、基板２０上に半導体膜が形成された。なお、膜厚は３．６μｍであり、成膜時間は１２０分間であった。
【００５６】
２−５．評価
ＸＲＤ回折装置を用いて、上記２−４．にて得られた膜の相の同定を行ったところ、得られた膜はα−Ｇａ２Ｏ３であった。
【００５７】
３．ショットキー電極の形成
図３に示されるように、ｎ−型半導体層上に、ＲｅＯ３層をミストＣＶＤ法にて積層し、Ｒｅ層およびＡｌ層をそれぞれ電子ビーム蒸着にて積層した。なお、ＲｅＯ３層の厚さは０．５μｍであり、Ｒｅ層の厚さは０．０８μｍであり、Ａｌ層の厚さは５μｍであった。
【００５８】
４．オーミック電極の形成
ｎ＋型半導体層上に、Ｔｉ層およびＡｕ層をそれぞれ電子ビーム蒸着にて積層した。なお、Ｔｉ層の厚さは０．０５μｍであり、Ａｕ層の厚さは０．３μｍであった。
【００５９】
５．ＩＶ測定
以上のようにして得られた半導体装置につき、ＩＶ測定を実施し、ショットキー特性が良好であることを確認し、さらに、耐圧を調べたところ、約８７０Ｖであった。これらの結果から、実施例１品が半導体特性およびショットキー特性に優れていることがわかる。
【００６０】
（実施例２）
Ｒｅ層の代わりにＴｉ層を用いたこと以外は、実施例１と同様にして半導体装置を得た。得られた半導体装置は、実施例１と同様、良好な半導体特性およびショットキー特性を示した。
【００６１】
（実施例３）
Ｒｅ層の代わりにＣｒ層を用いたこと、及びＲｅＯ３層の代わりに、ＣｕドープＣｓ０．３３ＷＯ３層を用いたこと以外は、実施例１と同様にして半導体装置を得た。得られた半導体装置は、実施例１と同様、良好な半導体特性およびショットキー特性を示した。
【００６２】
（実施例４）
Ｒｅ層の代わりにＩｒ層を用いたこと、及びＲｅＯ３層の代わりに、ＩｒＯ２層を用いたこと以外は、実施例１と同様にして半導体装置を得た。得られた半導体装置は、実施例１と同様、良好な半導体特性およびショットキー特性を示した。
【００６３】
（実施例５）
Ｒｅ層の代わりにＣｏ層を用いたこと、及びＲｅＯ３層の代わりに、ＣｏＯ３層を用いたこと以外は、実施例１と同様にして半導体装置を得た。得られた半導体装置は、実施例１と同様、良好な半導体特性およびショットキー特性を示した。
【００６４】
（実施例６）
Ｒｅ層を用いなかったこと以外は、実施例１と同様にして半導体装置を得た。得られた半導体装置は、実施例１と同様、良好な半導体特性およびショットキー特性を示した。
【００６５】
（実施例７）
Ｒｅ層の代わりにＴｉ層を用いたこと、及びＲｅＯ３層の代わりに、ＲｕＯ３層を用いたこと以外は、実施例１と同様にして半導体装置を得た。得られた半導体装置は、実施例１と同様、良好な半導体特性およびショットキー特性を示した。
【００６６】
（実施例８）
Ａｌ層の代わりにＣｕ層を用いたこと以外は、実施例１と同様にして半導体装置を得た。得られた半導体装置は、実施例１と同様、良好な半導体特性およびショットキー特性を示した。
【００６７】
（比較例１）
参考までに、ショットキー電極にＰｔを用いた場合のＩＶ測定結果を図１１に示す。図１１からも明らかなとおり、α−Ｇａ２Ｏ３の半導体層を用いた場合、半導体特性やショットキー特性が大幅に損なわれることがわかる。
【００６８】
（比較例２）
ショットキー電極にＩＴＯ膜を用いたところ、ＩＴＯ膜では、抵抗が非常に悪かった。なお、ＩＴＯ膜はスパッタリングにて成膜した。
【００６９】
以上のとおり、本発明は、半導体特性およびショットキー特性に優れていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の積層構造体は、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、半導体特性に優れているため、特に、半導体装置に有用である。
【符号の説明】
【００７１】
１    ミストＣＶＤ装置
２ａ  キャリアガス源
２ｂ  キャリアガス（希釈）源
３ａ  流量調節弁
３ｂ  流量調節弁
４    ミスト発生源
４ａ  原料溶液
４ｂ  ミスト
５    容器
５ａ  水
６    超音波振動子
７    成膜室
８    ホットプレート
９    供給管
１０    基板
１１    排気口
１９    ミストＣＶＤ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
５０ａ  ショットキー電極（３層）
５０ｂ  ショットキー電極（２層）
５１    Ａｌ層
５２    Ｒｅ層
５３    ＲｅＯ３層
５４    Ｒｅ層
５５    ＲｅＯ３層
１０１ａ  ｎ−型半導体層
１０１ｂ  ｎ＋型半導体層
１０４    絶縁体層
１０５ａ  ショットキー電極
１０５ｂ  オーミック電極
１１１ａ  ｎ−型半導体層
１１１ｂ  ｎ＋型半導体層
１１４    半絶縁体層
１１５ａ  ゲート電極
１１５ｂ  ソース電極
１１５ｃ  ドレイン電極
１１８    緩衝層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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