(57)【要約】【課題】素子間リーク電流や素子間抵抗、容量の問題の少ない半導体装置を製造するのに好適で結晶欠陥の少ない高品質なガリウム窒化物半導体基板、ガリウム窒化物半導体装置の提供。【解決手段】ＧａＮ単結晶上にガリウム酸化膜およびＧａＮ膜が順次積層された半導体基板またはその半導体基板構成による半導体装置であって、ガリウム酸化膜はＧａＮ単結晶の結晶格子と面内格子定数ａが整合したガリウム酸化物結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のＧａＮ（窒化ガリウム）の単結晶上に、ガリウム酸化物結晶の膜および第２のＧａＮが順次積層された、ガリウム窒化物半導体基板。
【請求項２】
前記第１のＧａＮはウルツ鉱構造の単結晶である、請求項１記載のガリウム窒化物半導体基板。
【請求項３】
前記ガリウム酸化物結晶は、前記第１のＧａＮの単結晶の結晶格子と面内格子定数ａが整合したガリウム酸化物結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、請求項１または２記載のガリウム窒化物半導体基板。
【請求項４】
前記ガリウム酸化物結晶は、前記第１のＧａＮの単結晶の結晶格子と面内格子定数ａが整合したガリウム酸化物結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、請求項１または２記載のガリウム窒化物半導体基板。
【請求項５】
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶の酸化ガリウムの結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、請求項１または２記載のガリウム窒化物半導体基板。
【請求項６】
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の立方晶の酸化ガリウムの結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、請求項１または２記載のガリウム窒化物半導体基板。
【請求項７】
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶および立方晶の酸化ガリウムの結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、請求項１または２記載のガリウム窒化物半導体基板。
【請求項８】
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶の酸化ガリウムの結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、請求項１または２記載のガリウム窒化物半導体基板。
【請求項９】
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の立方晶の酸化ガリウムの結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、請求項１または２記載のガリウム窒化物半導体基板。
【請求項１０】
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶および立方晶の酸化ガリウムの結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、請求項１または２記載のガリウム窒化物半導体基板。
【請求項１１】
前記ガリウム酸化物結晶は、ε―Ｇａ２Ｏ３を５０体積％以上１００体積％以下含む、請求項１または２記載のガリウム窒化物半導体基板。
【請求項１２】
前記ガリウム酸化物結晶は、ε―Ｇａ２Ｏ３を７０体積％以上１００体積％以下含む、請求項１または２記載のガリウム窒化物半導体基板。
【請求項１３】
前記ガリウム酸化物結晶は、ε―Ｇａ２Ｏ３を７０体積％以上９０体積％以下、γ―Ｇａ２Ｏ３を１０体積％以上３０体積％以下含む、請求項１または２記載のガリウム窒化物半導体基板。
【請求項１４】
前記ガリウム酸化物結晶の結晶面が前記第１のＧａＮの結晶面に揃えて配列されている、請求項１から１３の何れか１記載のガリウム窒化物半導体基板。
【請求項１５】
前記ガリウム酸化物結晶の膜は、ε―Ｇａ２Ｏ３またはγ―Ｇａ２Ｏ３の群から選ばれる少なくとも何れか１を含む、請求項１４記載のガリウム窒化物半導体基板。
【請求項１６】
第１のＧａＮの単結晶上にガリウム酸化物結晶の膜および第２のＧａＮが順次積層され、前記第２のＧａＮを半導体層とした、ガリウム窒化物半導体装置。
【請求項１７】
前記第１のＧａＮはウルツ鉱構造の単結晶である、請求項１６記載のガリウム窒化物半導体装置。
【請求項１８】
前記ガリウム酸化物結晶は、前記第１のＧａＮの単結晶の結晶格子と面内格子定数ａが整合したガリウム酸化物結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、請求項１６または１７記載のガリウム窒化物半導体装置。
【請求項１９】
前記ガリウム酸化物結晶は、前記第１のＧａＮの単結晶の結晶格子と面内格子定数ａが整合したガリウム酸化物結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、請求項１６または１７記載のガリウム窒化物半導体装置。
【請求項２０】
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶の酸化ガリウムの結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、請求項１６または１７記載のガリウム窒化物半導体装置。
【請求項２１】
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の立方晶の酸化ガリウムの結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、請求項１６または１７記載のガリウム窒化物半導体装置。
【請求項２２】
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶および立方晶の酸化ガリウムの結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、請求項１６または１７記載のガリウム窒化物半導体装置。
【請求項２３】
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶の酸化ガリウムの結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、請求項１６または１７記載のガリウム窒化物半導体装置。
【請求項２４】
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の立方晶の酸化ガリウムの結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、請求項１６または１７記載のガリウム窒化物半導体装置。
【請求項２５】
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶および立方晶の酸化ガリウムの結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、請求項１６または１７記載のガリウム窒化物半導体装置。
【請求項２６】
前記ガリウム酸化物結晶は、ε―Ｇａ２Ｏ３を５０体積％以上１００体積％以下含む、請求項１６または１７記載のガリウム窒化物半導体装置。
【請求項２７】
前記ガリウム酸化物結晶は、ε―Ｇａ２Ｏ３を７０体積％以上１００体積％以下含む、請求項１６または１７記載のガリウム窒化物半導体装置。
【請求項２８】
前記ガリウム酸化物結晶は、ε―Ｇａ２Ｏ３を７０体積％以上９０体積％以下、γ―Ｇａ２Ｏ３を１０体積％以上３０体積％以下含む、請求項１６または１７記載のガリウム窒化物半導体装置。
【請求項２９】
前記ガリウム酸化物結晶の結晶面が前記第１のＧａＮの結晶面に揃えて配列されている、請求項１６から２８の何れか１記載のガリウム窒化物半導体装置。
【請求項３０】
前記第２のＧａＮに前記ガリウム酸化物結晶の膜に達する素子分離絶縁層が形成されている、請求項１６から２９の何れか１記載のガリウム窒化物半導体装置。
【請求項３１】
第１のＧａＮの単結晶上にガリウム酸化物結晶の膜および第２のＧａＮが順次積層されて前記第２のＧａＮを半導体層とした撮像素子であって、
前記第１のＧａＮに開口が形成され、
前記第２のＧａＮにフォトダイオードが形成された、撮像素子。
【請求項３２】
前記第１のＧａＮはウルツ鉱構造の単結晶である、請求項３１記載の撮像素子。
【請求項３３】
前記ガリウム酸化物結晶は、前記第１のＧａＮの単結晶の結晶格子と面内格子定数ａが整合したガリウム酸化物結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、請求項３１または３２記載の撮像素子。
【請求項３４】
前記ガリウム酸化物結晶は、前記第１のＧａＮの単結晶の結晶格子と面内格子定数ａが整合したガリウム酸化物結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、請求項３１または３２記載の撮像素子。
【請求項３５】
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶の酸化ガリウムの結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、請求項３１または３２記載の撮像素子。
【請求項３６】
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の立方晶の酸化ガリウムの結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、請求項３１または３２記載の撮像素子。
【請求項３７】
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶および立方晶の酸化ガリウムの結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、請求項３１または３２記載の撮像素子。
【請求項３８】
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶の酸化ガリウムの結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、請求項３１または３２記載の撮像素子。
【請求項３９】
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の立方晶の酸化ガリウムの結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、請求項３１または３２記載の撮像素子。
【請求項４０】
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶および立方晶の酸化ガリウムの結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、請求項３１または３２記載の撮像素子。
【請求項４１】
前記ガリウム酸化物結晶は、ε―Ｇａ２Ｏ３を５０体積％以上１００体積％以下含む、請求項３１または３２記載の撮像素子。
【請求項４２】
前記ガリウム酸化物結晶は、ε―Ｇａ２Ｏ３を７０体積％以上１００体積％以下含む、請求項３１または３２記載の撮像素子。
【請求項４３】
前記ガリウム酸化物結晶は、ε―Ｇａ２Ｏ３を７０体積％以上９０体積％以下、γ―Ｇａ２Ｏ３を１０体積％以上３０体積％以下含む、請求項３１または３２記載の撮像素子。
【請求項４４】
前記ガリウム酸化物結晶の結晶面が前記第１のＧａＮの結晶面に揃えて配列されている、請求項３１から４３の何れか１記載の撮像素子。
【請求項４５】
ＧａＮ単結晶基板（ＧａＮ（０００１））上にガリウム酸化物結晶の膜を形成するガリウム酸化物結晶膜形成工程と、
前記ガリウム酸化物結晶の膜上にＧａＮ膜を形成するＧａＮ形成工程からなる、ガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項４６】
前記ガリウム酸化物結晶は、前記第１のＧａＮの単結晶の結晶格子と面内格子定数ａが整合したガリウム酸化物結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、請求項４５記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項４７】
前記ガリウム酸化物結晶は、前記第１のＧａＮの単結晶の結晶格子と面内格子定数ａが整合したガリウム酸化物結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、請求項４５記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項４８】
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶の酸化ガリウムの結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、請求項４５記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項４９】
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の立方晶の酸化ガリウムの結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、請求項４５記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項５０】
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶および立方晶の酸化ガリウムの結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、請求項４５記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項５１】
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶の酸化ガリウムの結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、請求項４５記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項５２】
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の立方晶の酸化ガリウムの結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、請求項４５記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項５３】
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶および立方晶の酸化ガリウムの結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、請求項４５記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項５４】
前記ガリウム酸化物結晶は、ε―Ｇａ２Ｏ３を５０体積％以上１００体積％以下含む、請求項４５記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項５５】
前記ガリウム酸化物結晶は、ε―Ｇａ２Ｏ３を７０体積％以上１００体積％以下含む、請求項４５記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項５６】
前記ガリウム酸化物結晶は、ε―Ｇａ２Ｏ３を７０体積％以上９０体積％以下、γ―Ｇａ２Ｏ３を１０体積％以上３０体積％以下含む、請求項４５記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項５７】
前記ガリウム酸化物結晶の結晶面が前記ＧａＮ単結晶基板の結晶面に揃えて配列されている、請求項４５から５６の何れか１記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項５８】
請求項１から１５の何れか１記載のガリウム窒化物半導体基板、または請求項４５から５７の何れか１記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法によって製造されたガリウム窒化物半導体基板を用いて製造する、ガリウム窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項５９】
請求項１から１５の何れか１記載のガリウム窒化物半導体基板、または請求項４５から５７の何れか１記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法によって製造されたガリウム窒化物半導体基板を用いて製造する、撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガリウム窒化物半導体基板、ガリウム窒化物半導体装置、撮像素子およびそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高性能パワー半導体装置の需要が高まり、それに伴ってバンドギャップが広い半導体を用いた半導体装置の開発が精力的に進められている。その中でも特に、ＧａＮ半導体が注目を集めている（特許文献１参照）。
ＧａＮは、バンドギャップが３．４ｅＶであり、ＳｉやＧａＡｓと比較して２倍以上の飽和電子速度（Ｖｓａｔ）と、Ｓｉの約１０倍、ＧａＡｓの約７．５倍の絶縁破壊電界強度（Ｅｃ）を有する。半導体を用いた高周波・高出力増幅器の性能を比較する指標としてよく用いられるＶｓａｔ・Ｅｃ／２πで表されるＪｏｈｎｓｏｎ指数で比較すると、ＧａＮは、Ｓｉと比較して約２７倍、ＧａＡｓと比較しても約１５倍の大きさであり、これらのことからＧａＮは圧倒的な優位性を有する半導体と認識されている。
【０００３】
このように高い性能を有するＧａＮ半導体であるが、それを集積度の高い回路に用いたときには様々な問題がある。
その問題の一つは、素子間のリーク電流や素子間寄生抵抗、寄生容量である。高集積回路の問題としてよく知られている平面的な微細化によるリーク電流、素子間の寄生抵抗や寄生容量に加え、パワー半導体では高い電圧、高い電界が加わるため、素子間のリーク電流や素子間寄生抵抗、容量が従来の集積回路以上に問題となる。
【０００４】
素子間リーク電流や素子関係抵抗の問題を解決する方法としてＳＯＩ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）技術が知られている。ＳＯＩは、絶縁体層の上に薄膜の半導体層が形成された構造の半導体であり、素子間を絶縁層で電気的に十分に隔離することができる。
【０００５】
窒化ガリウム半導体に対してＳＯＩ技術を適用した例としては特許文献２が挙げられる。ここで、特許文献２のＳＯＩは、シリコン基板上にＳｉＯ２からなる絶縁膜を形成し、その上にＳｉＯ２側からＡｌＮ層、ＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層からなるヘテロ接合のガリウム窒化物半導体層が形成されたものである。
【０００６】
特許文献２に記載のＳＯＩガリウム窒化物半導体は、ヘテロ接合のガリウム窒化物半導体層でありその用途に限定されるということと、多数の層からなり製造工程が複雑になることと、結晶欠陥を含めた欠陥の少ない高品質なガリウム窒化物半導体を得るのが難しいという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−６７５５６号公報
【特許文献２】特開２００８−３４４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決する課題は、素子間リーク電流や素子間寄生抵抗、容量の問題の少ない半導体装置を製造するのに好適で結晶欠陥の少ない高品質なガリウム窒化物半導体基板、ガリウム窒化物半導体装置およびそれらの製造方法を提供することである。より詳細に述べると、本発明の目的は、素子間リーク電流や素子間寄生抵抗、容量の問題の少ない半導体装置を製造するのに好適なＳＯＩ構造で結晶欠陥の少ない高品質なＧａＮからなるガリウム窒化物半導体基板、ガリウム窒化物半導体装置、撮像素子およびそれらの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の構成を下記に示す。
（構成１）
第１のＧａＮ（窒化ガリウム）の単結晶上に、ガリウム酸化物結晶の膜および第２のＧａＮが順次積層された、ガリウム窒化物半導体基板。
（構成２）
前記第１のＧａＮはウルツ鉱構造の単結晶である、構成１記載のガリウム窒化物半導体基板。
（構成３）
前記ガリウム酸化物結晶は、前記第１のＧａＮの単結晶の結晶格子と面内格子定数ａが整合したガリウム酸化物結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、構成１または２記載のガリウム窒化物半導体基板。
（構成４）
前記ガリウム酸化物結晶は、前記第１のＧａＮの単結晶の結晶格子と面内格子定数ａが整合したガリウム酸化物結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、構成１または２記載のガリウム窒化物半導体基板。
（構成５）
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶の酸化ガリウムの結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、構成１または２記載のガリウム窒化物半導体基板。
（構成６）
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の立方晶の酸化ガリウムの結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、構成１または２記載のガリウム窒化物半導体基板。
（構成７）
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶および立方晶の酸化ガリウムの結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、構成１または２記載のガリウム窒化物半導体基板。
（構成８）
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶の酸化ガリウムの結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、構成１または２記載のガリウム窒化物半導体基板。
（構成９）
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の立方晶の酸化ガリウムの結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、構成１または２記載のガリウム窒化物半導体基板。
（構成１０）
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶および立方晶の酸化ガリウムの結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、構成１または２記載のガリウム窒化物半導体基板。
（構成１１）
前記ガリウム酸化物結晶は、ε―Ｇａ２Ｏ３を５０体積％以上１００体積％以下含む、構成１または２記載のガリウム窒化物半導体基板。
（構成１２）
前記ガリウム酸化物結晶は、ε―Ｇａ２Ｏ３を７０体積％以上１００体積％以下含む、構成１または２記載のガリウム窒化物半導体基板。
（構成１３）
前記ガリウム酸化物結晶は、ε―Ｇａ２Ｏ３を７０体積％以上９０体積％以下、γ―Ｇａ２Ｏ３を１０体積％以上３０体積％以下含む、構成１または２記載のガリウム窒化物半導体基板。
（構成１４）
前記ガリウム酸化物結晶の結晶面が前記第１のＧａＮの結晶面に揃えて配列されている、構成１から１３の何れか１記載のガリウム窒化物半導体基板。
（構成１５）
前記ガリウム酸化物結晶の膜は、ε―Ｇａ２Ｏ３またはγ―Ｇａ２Ｏ３の群から選ばれる少なくとも何れか１を含む、構成１４記載のガリウム窒化物半導体基板。
（構成１６）
第１のＧａＮの単結晶上にガリウム酸化物結晶の膜および第２のＧａＮが順次積層され、前記第２のＧａＮを半導体層とした、ガリウム窒化物半導体装置。
（構成１７）
前記第１のＧａＮはウルツ鉱構造の単結晶である、構成１６記載のガリウム窒化物半導体装置。
（構成１８）
前記ガリウム酸化物結晶は、前記第１のＧａＮの単結晶の結晶格子と面内格子定数ａが整合したガリウム酸化物結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、構成１６または１７記載のガリウム窒化物半導体装置。
（構成１９）
前記ガリウム酸化物結晶は、前記第１のＧａＮの単結晶の結晶格子と面内格子定数ａが整合したガリウム酸化物結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、構成１６または１７記載のガリウム窒化物半導体装置。
（構成２０）
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶の酸化ガリウムの結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、構成１６または１７記載のガリウム窒化物半導体装置。
（構成２１）
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の立方晶の酸化ガリウムの結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、構成１６または１７記載のガリウム窒化物半導体装置。
（構成２２）
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶および立方晶の酸化ガリウムの結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、構成１６または１７記載のガリウム窒化物半導体装置。
（構成２３）
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶の酸化ガリウムの結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、構成１６または１７記載のガリウム窒化物半導体装置。
（構成２４）
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の立方晶の酸化ガリウムの結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、構成１６または１７記載のガリウム窒化物半導体装置。
（構成２５）
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶および立方晶の酸化ガリウムの結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、構成１６または１７記載のガリウム窒化物半導体装置。
（構成２６）
前記ガリウム酸化物結晶は、ε―Ｇａ２Ｏ３を５０体積％以上１００体積％以下含む、構成１６または１７記載のガリウム窒化物半導体装置。
（構成２７）
前記ガリウム酸化物結晶は、ε―Ｇａ２Ｏ３を７０体積％以上１００体積％以下含む、構成１６または１７記載のガリウム窒化物半導体装置。
（構成２８）
前記ガリウム酸化物結晶は、ε―Ｇａ２Ｏ３を７０体積％以上９０体積％以下、γ―Ｇａ２Ｏ３を１０体積％以上３０体積％以下含む、構成１６または１７記載のガリウム窒化物半導体装置。
（構成２９）
前記ガリウム酸化物結晶の結晶面が前記第１のＧａＮの結晶面に揃えて配列されている、構成１６から２８の何れか１記載のガリウム窒化物半導体装置。
（構成３０）
前記第２のＧａＮに前記ガリウム酸化物結晶の膜に達する素子分離絶縁層が形成されている、構成１６から２９の何れか１記載のガリウム窒化物半導体装置。
（構成３１）
第１のＧａＮの単結晶上にガリウム酸化物結晶の膜および第２のＧａＮが順次積層されて前記第２のＧａＮを半導体層とした撮像素子であって、
前記第１のＧａＮに開口が形成され、
前記第２のＧａＮにフォトダイオードが形成された、撮像素子。
（構成３２）
前記第１のＧａＮはウルツ鉱構造の単結晶である、構成３１記載の撮像素子。
（構成３３）
前記ガリウム酸化物結晶は、前記第１のＧａＮの単結晶の結晶格子と面内格子定数ａが整合したガリウム酸化物結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、構成３１または３２記載の撮像素子。
（構成３４）
前記ガリウム酸化物結晶は、前記第１のＧａＮの単結晶の結晶格子と面内格子定数ａが整合したガリウム酸化物結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、構成３１または３２記載の撮像素子。
（構成３５）
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶の酸化ガリウムの結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、構成３１または３２記載の撮像素子。
（構成３６）
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の立方晶の酸化ガリウムの結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、構成３１または３２記載の撮像素子。
（構成３７）
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶および立方晶の酸化ガリウムの結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、構成３１または３２記載の撮像素子。
（構成３８）
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶の酸化ガリウムの結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、構成３１または３２記載の撮像素子。
（構成３９）
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の立方晶の酸化ガリウムの結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、構成３１または３２記載の撮像素子。
（構成４０）
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶および立方晶の酸化ガリウムの結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、構成３１または３２記載の撮像素子。
（構成４１）
前記ガリウム酸化物結晶は、ε―Ｇａ２Ｏ３を５０体積％以上１００体積％以下含む、構成３１または３２記載の撮像素子。
（構成４２）
前記ガリウム酸化物結晶は、ε―Ｇａ２Ｏ３を７０体積％以上１００体積％以下含む、構成３１または３２記載の撮像素子。
（構成４３）
前記ガリウム酸化物結晶は、ε―Ｇａ２Ｏ３を７０体積％以上９０体積％以下、γ―Ｇａ２Ｏ３を１０体積％以上３０体積％以下含む、構成３１または３２記載の撮像素子。
（構成４４）
前記ガリウム酸化物結晶の結晶面が前記第１のＧａＮの結晶面に揃えて配列されている、構成３１から４３の何れか１記載の撮像素子。
（構成４５）
ＧａＮ単結晶基板（ＧａＮ（０００１））上にガリウム酸化物結晶の膜を形成するガリウム酸化物結晶膜形成工程と、
前記ガリウム酸化物結晶の膜上にＧａＮ膜を形成するＧａＮ形成工程からなる、ガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
（構成４６）
前記ガリウム酸化物結晶は、前記第１のＧａＮの単結晶の結晶格子と面内格子定数ａが整合したガリウム酸化物結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、構成４５記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
（構成４７）
前記ガリウム酸化物結晶は、前記第１のＧａＮの単結晶の結晶格子と面内格子定数ａが整合したガリウム酸化物結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、構成４５記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
（構成４８）
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶の酸化ガリウムの結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、構成４５記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
（構成４９）
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の立方晶の酸化ガリウムの結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、構成４５記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
（構成５０）
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶および立方晶の酸化ガリウムの結晶を５０体積％以上１００体積％以下含む、構成４５記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
（構成５１）
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶の酸化ガリウムの結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、構成４５記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
（構成５２）
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の立方晶の酸化ガリウムの結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、構成４５記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
（構成５３）
前記ガリウム酸化物結晶は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶および立方晶の酸化ガリウムの結晶を７０体積％以上１００体積％以下含む、構成４５記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
（構成５４）
前記ガリウム酸化物結晶は、ε―Ｇａ２Ｏ３を５０体積％以上１００体積％以下含む、構成４５記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
（構成５５）
前記ガリウム酸化物結晶は、ε―Ｇａ２Ｏ３を７０体積％以上１００体積％以下含む、構成４５記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
（構成５６）
前記ガリウム酸化物結晶は、ε―Ｇａ２Ｏ３を７０体積％以上９０体積％以下、γ―Ｇａ２Ｏ３を１０体積％以上３０体積％以下含む、構成４５記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
（構成５７）
前記ガリウム酸化物結晶の結晶面が前記ＧａＮ単結晶基板の結晶面に揃えて配列されている、構成４５から５６の何れか１記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法。
（構成５８）
構成１から１５の何れか１記載のガリウム窒化物半導体基板、または構成４５から５７の何れか１記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法によって製造されたガリウム窒化物半導体基板を用いて製造する、ガリウム窒化物半導体装置の製造方法。
（構成５９）
構成１から１５の何れか１記載のガリウム窒化物半導体基板、または構成４５から５７の何れか１記載のガリウム窒化物半導体基板の製造方法によって製造されたガリウム窒化物半導体基板を用いて製造する、撮像素子の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、３．４ｅＶという広いバンドギャップ、高い飽和電子速度および高い絶縁破壊電界強度を有するＧａＮからなるガリウム窒化物半導体基板であって、素子間リーク電流や素子関係抵抗の問題の少ない半導体装置を製造するのに好適で結晶欠陥の少ない高品質なガリウム窒化物半導体基板が提供される。
また、本発明によれば、素子間リーク電流、素子間抵抗、素子間容量の問題が少なく、かつ３．４ｅＶという広いバンドギャップ、高い飽和電子速度および高い絶縁破壊電界強度を有するＧａＮ半導体による半導体装置が提供される。このことから、素子間リーク電流、素子間クロストークの少ない高集積パワー半導体装置が提供される。
また、本発明によれば紫外光に対して高い感度を有する裏面照射型の撮像素子が提供される。
また、本発明によれば、上記特性をもった前記ガリウム窒化物半導体基板および半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の半導体基板の構造を示す断面図。
【図２】本発明の半導体基板の構造を示す断面図。
【図３】本発明の半導体基板の製造工程を説明するための断面図。
【図４】本発明の半導体装置の製造工程を説明するための断面図。
【図５】撮像素子を製造するときの半導体基板を示す断面図。
【図６】本発明の撮像素子の構造を示す要部断面図。
【図７】膜の構造を示す断面ＴＥＭ観察像。
【図８】（１００）面から見た酸化ガリウムの立方晶結晶の構造図である。
【図９】（１１１）から見た酸化ガリウムの立方晶結晶の構造図である。
【図１０】立方晶の酸化ガリウムを（１１１）面でスライスしたときの切り口における酸素原子の配置を示す構造図である。
【図１１】膜の構造を示す断面ＴＥＭ観察像とＦＦＴ図。
【図１２】膜の構造を示す断面ＴＥＭ観察像とＦＦＴ図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施の形態１）
実施の形態１では、ガリウム窒化物半導体基板およびその製造方法を説明する。
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照しながら説明する。
本発明のガリウム窒化物半導体基板１０１は、図１に示すように、第１のＧａＮであるＧａＮ基板１上にガリウム酸化物結晶膜２および第２のＧａＮであるＧａＮ膜３が順次形成された構造になっている。
【００１３】
ＧａＮ基板１は単結晶ＧａＮ（０００１）であり、その結晶の構造は、安定性の高さからウルツ鉱構造が好ましい。
【００１４】
ガリウム酸化物結晶膜２としては、単結晶ＧａＮの結晶格子と面内格子定数ａが整合しているガリウム酸化物の結晶を含む膜を好んで用いることができる。このようにすると、ガリウム酸化物結晶膜２の欠陥は少なくなり、その上に形成されるＧａＮ膜３も結晶欠陥の少ない良質なものとなることを見出した。
ガリウム酸化物結晶膜２が単結晶ＧａＮの結晶格子と面内格子定数ａが整合しているガリウム酸化物の結晶を含む量は、５０体積％以上が好ましく、７０体積％以上がより好ましく、１００体積％がさらに一層好ましい。
ここで、面内格子定数ａが整合しているとは、単結晶ＧａＮとガリウム酸化物の結晶格子定数ａの差が±１５％以内に収まっていることをいう。
【００１５】
ＧａＮ基板１としてウルツ鉱構造の単結晶を用いた場合は、ガリウム酸化物結晶膜２は、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶、立方晶、または六方晶および立方晶の酸化ガリウムであることが好ましい。
なお、ウルツ鉱構造のＧａＮの結晶構造は、ａ軸の格子定数が０．３１９ｎｍの六方晶である。
【００１６】
ここで、本発明におけるａ軸の格子定数とは、六方晶結晶の場合は通常のａ軸の格子定数を指し、立方晶結晶の場合は、（１１１）面でスライスしたときの切り口における結晶格子の格子定数を指す。
【００１７】
図８は、立方晶の酸化ガリウム、例えばγ―Ｇａ２Ｏ３の結晶を（１００）面から見た図で、同図の１００１は酸素原子（Ｏ）を、１００２はガリウム原子（Ｇａ）を表す。（１００）面でスライスした面（インプレーン）においては、六角形の酸素原子配置は認められず、この面に接するＧａＮ半導体とは格子整合はしない。
【００１８】
図９は、立方晶の酸化ガリウム、例えばγ―Ｇａ２Ｏ３の結晶を（１１１）面から見た図である。ここで、図９の１００１は、図８の場合と同様に、酸素原子（Ｏ）を、１００２はガリウム原子（Ｇａ）を表す。そして、この結晶を（１１１）面、かつ酸素原子１００１がある場所でスライスしたとき、その切り口に位置する原子の配置を図１０に示す。図１０からわかるように、この切り口における（このインプレーンにおける）酸素原子１００１は六方晶と同じ結晶配置（結晶格子１０１１）をなす。
本発明では、このインプレーンでの図１０の１０２１に示されるａ１、１０２２に示されるａ２、１０２３に示されるａ３をａ軸の格子定数とするが、ほぼ正六角形をなすため、ａ１、ａ２およびａ３の値はほぼ等しく、格子定数ａで表させる。
【００１９】
発明者は、ガリウム酸化物結晶膜２が、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶構造の酸化ガリウムであると、ＧａＮ基板１とガリウム酸化物結晶膜２の格子が整合されて、ガリウム酸化物結晶膜２の結晶欠陥は小さなものとなり、また、ガリウム酸化物結晶膜２の上に形成されるＧａＮ膜３も結晶欠陥の少ない良質なものとなることを見出した。また、発明者は、ガリウム酸化物結晶膜２が（１１１）面の立方晶の酸化ガリウムの場合、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下において六方晶構造であるウルツ鉱構造の窒化ガリウムと格子が十分に整合されて、ガリウム酸化物結晶膜２の結晶欠陥は小さなものとなり、また、ガリウム酸化物結晶膜２の上に形成されるＧａＮ膜３も結晶欠陥の少ない良質なものとなることを見出した。さらに、発明者は、ガリウム酸化物結晶膜２が、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶構造および立方晶の酸化ガリウムであると、ＧａＮ基板１とガリウム酸化物結晶膜２の格子が整合されて、ガリウム酸化物結晶膜２の結晶欠陥は小さなものとなり、また、ガリウム酸化物結晶膜２の上に形成されるＧａＮ膜３も結晶欠陥の少ない良質なものとなることを見出した。
ここで、ガリウム酸化物結晶膜２が、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶、立方晶の少なくとも何れか１の酸化ガリウムを含む量は、５０体積％以上が好ましく、７０体積％以上がより好ましく、１００体積％がさらに一層好ましい。
【００２０】
また、ガリウム酸化物結晶膜２は、ε構造の酸化ガリウム若しくはγ構造の酸化ガリウムから構成され、または、ε構造の酸化ガリウムおよびγ構造の酸化ガリウムの組合せから構成されてもよい。
ここで、ε構造の酸化ガリウムは、六方晶の結晶構造であり、そのａ軸の結晶格子定数は０．２９０ｎｍである。また、γ構造の酸化ガリウムは、立方晶の結晶構造であり、（１１１）面におけるそのａ軸の結晶格子定数は０．２９１ｎｍである。
【００２１】
ガリウム酸化物結晶膜２は、ε―Ｇａ２Ｏ３を５０体積％以上、好ましくは７０体積％以上１００体積％以下含むガリウム酸化膜が好ましい。
また、ガリウム酸化物結晶膜２は、ε―Ｇａ２Ｏ３を７０体積％以上９０体積％以下、γ―Ｇａ２Ｏ３を１０体積％以上３０体積％以下含んでよい。
そして、ガリウム酸化物結晶膜２の結晶面は、単結晶ＧａＮ（０００１）の結晶面に揃えて配列されることが好ましい。
【００２２】
ガリウム酸化物結晶膜２が、ＧａＮ基板の結晶格子と格子が整合したガリウム酸化物結晶を５０体積％以上、好ましくは７０体積％以上１００体積％以下含むガリウム酸化膜であることを満たさない場合は、ガリウム酸化物結晶膜２の上に形成されるＧａＮ膜３の結晶性が低下し、ＧａＮ膜３は結晶欠陥が多い品質の低い膜となる。
また、ガリウム酸化物結晶膜２が、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶、立方晶の少なくとも何れか１の酸化ガリウムを５０体積％以上、好ましくは７０体積％以上１００体積％以下含むガリウム酸化膜であることを満たさない場合は、ガリウム酸化物結晶膜２の上に形成されるＧａＮ膜３の結晶性が低下し、ＧａＮ膜３は結晶欠陥が多い品質の低い膜となる。
また、ガリウム酸化物結晶膜２がε―Ｇａ２Ｏ３またはε―Ｇａ２Ｏ３とγ―Ｇａ２Ｏ３を含むこと、およびε―Ｇａ２Ｏ３またはε―Ｇａ２Ｏ３とγ―Ｇａ２Ｏ３を上で示した比率で含むこと、を満たさない場合は、ガリウム酸化物結晶膜２の上に形成されるＧａＮ膜３の結晶性が低下し、ＧａＮ膜３は結晶欠陥が多い品質の低い膜となる。
【００２３】
ここで、ガリウム酸化物結晶膜２の膜厚は５ｎｍ以上３００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。なお、ε―Ｇａ２Ｏ３およびγ―Ｇａ２Ｏ３は準安定のガリウム酸化膜と位置づけられているガリウム酸化膜の結晶構造体である。
ＧａＮ膜３は単結晶のＧａＮからなる。
【００２４】
なお、上記では、第１のＧａＮの単結晶上に、ガリウム酸化物結晶の膜および第２のＧａＮが順次積層されたガリウム窒化物半導体基板について説明した。
しかしながら、このガリウム窒化物半導体に限らず、ＧａＮの単結晶上に、このＧａＮの結晶格子と面内格子定数ａが整合したガリウム酸化物結晶の膜が形成されたガリウム酸化物半導体基板として、このガリウム酸化物結晶の膜を半導体層として用いることもできる。このガリウム酸化物半導体基板では、このガリウム酸化物結晶の膜は欠陥の少ない良質な半導体層となるため好ましい特性が得られる。
【００２５】
ガリウム窒化物半導体基板１０１は以下の工程により製造される。
最初に、表面が清浄された単結晶ＧａＮ（０００１）、特にウルツ鉱構造の単結晶ＧａＮをＧａＮ基板１（第１のＧａＮ）として準備し、その表面を清浄する。表面の清浄方法は通常の方法でよく、例えば、有機洗浄、アンモニア過水洗浄、硫酸過水洗浄、加熱洗浄などを挙げることができる。
【００２６】
次に、ＧａＮ基板１にガリウム酸化物の結晶からなるガリウム酸化物結晶膜２を形成する。
例えば、ＧａＮ基板１上に、ＧａＮと面内格子定数ａが整合されたガリウム酸化物結晶を５０体積％以上、好ましくは７０体積％以上、より好ましくは１００体積％含んだガリウム酸化物結晶膜２を形成する。
または、ＧａＮ基板１上に、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶、立方晶、または六方晶および立方晶の酸化ガリウムを、５０体積％以上、好ましくは７０体積％以上、より好ましくは１００体積％含んだガリウム酸化物結晶膜２を形成する。
あるいは、ε―Ｇａ２Ｏ３を５０体積％以上、好ましくは７０体積％以上１００体積％以下、または、ε―Ｇａ２Ｏ３を７０体積％以上９０体積％以下でγ―Ｇａ２Ｏ３を１０体積％以上３０体積％以下含むガリウム酸化物結晶膜２を形成する。
【００２７】
ガリウム酸化物結晶膜２を形成する方法としては、下記のものが挙げられる。
【００２８】
ガリウム酸化物結晶膜２を形成する第１の方法は、洗浄作用を有する化学薬品でＧａＮ基板１を処理して酸化膜を形成し、成長させる方法である。
【００２９】
この第１の方法をもう少し詳しく説明すると、ＧａＮ基板１の表面を、硫酸、過酸化水素水、アンモニア、弗酸、塩酸、硝酸、リン酸、水酸化カリウムからなる群から選択された少なくとも１つの化学溶液によって酸化させ、その後、酸素存在下でこの酸化膜を成長させる方法である。
この方法では、酸化膜の成長速度を高めるため、酸素を加圧したり、熱処理を加えてもよい。ここで、加圧する酸素にオゾンを添加しても、酸素をオゾンに代えてもよい。
また、光照射を併用してもよい。すなわち、この化学溶液による酸化処理中に、波長２８０ｎｍ以上３８０ｎｍ未満の紫外線（ＵＶ）光や波長１９０ｎｍ以上２８０ｎｍ未満の遠視外光（ＤＵＶ）を照射することによって酸化を促進してもよい。
【００３０】
ＧａＮ基板１を化学溶液によって洗浄を伴って酸化させる具体的な方法としては、ＳＣ１（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｃｌｅａｎｉｎｇ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ  １）（ＮＨ４ＯＨ（アンモニア水）−Ｈ２Ｏ２（過酸化水素水）−Ｈ２Ｏ（水））、ＳＣ２（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｃｌｅａｎｉｎｇ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ２）（ＨＣｌ（塩酸）−Ｈ２Ｏ２−Ｈ２Ｏ）、ＳＰＭ（Ｓｕｌｆｕｒｉｃ  ａｃｉｄ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｐｅｒｏｘｉｄｅ  Ｍｉｘｔｕｒｅ）（Ｈ２ＳＯ４（硫酸）−Ｈ２Ｏ２−Ｈ２Ｏ）、バッファードフッ酸溶液（Ｂｕｆｆｅｒｅｄ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｌｕｏｒｉｄｅ：ＢＨＦ）など通常は洗浄として用いられる方法を挙げることができる。
【００３１】
バッファードフッ酸溶液は通常酸化膜を除去する方法として知られているが、除去とともに生成され、それを成長させたＧａＮと面内格子定数ａが整合された結晶を有する膜、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶、立方晶、または六方晶および立方晶の酸化ガリウムを有する膜、ε構造の酸化ガリウム、またはε構造とγ構造の酸化ガリウムを有する酸化膜は、ガリウム酸化物結晶膜２として好適な膜となる。そして、この方法によるガリウム酸化物結晶膜２は、ε構造とγ構造の酸化ガリウムを有する場合、ε―Ｇａ２Ｏ３が７０体積％以上９０体積％以下、γ―Ｇａ２Ｏ３が１０体積％以上３０体積％以下となる。
【００３２】
ここで、ＳＰＭ処理を行ったＧａＮ（０００１）面上に形成される酸化膜の構造をＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）、ＬＥＩＳ（Ｌｏｗ−ｅｎｅｒｇｙ  ｉｏｎ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）、ＲＨＥＥＤ（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｈｉｇｈ  ｅｎｅｒｇｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）、ＳＴＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）およびＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて詳細に調べたところ、その酸化膜は体積比でε―Ｇａ２Ｏ３が８０％、γ―Ｇａ２Ｏ３が２０％の混載系単結晶膜であった。
【００３３】
ガリウム酸化物結晶膜２を形成する第２の方法は、ＧａＮ基板１の表面を、５００℃以下の雰囲気においてプラズマ酸化処理することによって酸化させる方法、および／または５００℃以下の雰囲気においてオゾン酸化処理することによって酸化させる方法である。
【００３４】
ガリウム酸化物結晶膜２を形成する第３の方法は、７００℃以下の雰囲気による電子ビーム蒸着法および／または分子線エピタキシー（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）法、８７０℃以下の雰囲気による化学的気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法、７００℃以下の雰囲気によるハイドライド気相成長（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ＨＶＰＥ）法、および／または４００℃以下の雰囲気において原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ）法による酸化膜堆積法である。
なお、ガリウム酸化物結晶膜２の形成において酸素リッチな条件で成膜すると、ε構造の酸化ガリウムおよび／またはγ構造の酸化ガリウムが形成される。
【００３５】
その後、ガリウム酸化物結晶膜２の上に単結晶のＧａＮ膜３を成膜する。このＧａＮ膜３の形成は、最初に種結晶をガリウム酸化物結晶膜２の上に形成し、その後ＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ  ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  ｅｐｉｔａｘｙ）法、ＴＨＶＰＥ（Ｔｒｉ−ＨＶＰＥ）法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｂｅａｍ  ｅｐｉｔａｘｙ）法などのエピタキシャル成膜法を用いて単結晶のＧａＮ膜を形成する。ここで、ＧａＮ膜３の膜厚は、結晶欠陥密度の観点から１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下が好ましいが、用途によってはこの範囲を超えるものであっても構わない。
より結晶欠陥の少ないＧａＮ膜３を形成するには、レーザーアニールやフラッシュランプアニールを併用するのが好ましい。レーザーアニールやフラッシュランプアニールはＧａＮ膜３を形成後に行うことも可能であるが、エピタキシャル成膜を途中で中断してその段階までに形成されたＧａＮ膜に対してレーザーアニールやフラッシュランプアニールを行い、その後エピタキシャル成膜を続けて行うのが結晶欠陥低減のために好ましい。ここで、ガリウム酸化物結晶膜２の温度が８７０℃を超えないように、好ましくは８００℃以下になるようにレーザーアニールやフラッシュランプアニールの照射条件を設定する。なお、種結晶はＮａフラックス法やＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＢＥ法などによって形成することができる。
【００３６】
ガリウム酸化物結晶膜２の形成方法は、上記の第１から第３の方法のほか、洗浄作用を有する化学薬品でＧａＮ基板１を処理して種結晶となる酸化膜を形成し、その種結晶を基にガリウム酸化物結晶膜２を成長形成する方法としてもよい。
ここで、洗浄作用を有する化学薬品とは、過酸化水素水、アンモニア、弗酸、塩酸、硝酸、リン酸、水酸化カリウムからなる群から選択された少なくとも１つの化学溶液であり、具体的には、ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＰＭ、バッファードフッ酸溶液など通常は洗浄として用いられる方法を挙げることができる。
【００３７】
この第４の方法によるガリウム窒化物半導体基板１０２の形成方法を図３を参照しながら説明する。
【００３８】
まず、ＧａＮ（０００１）からなるＧａＮ基板１を準備する（図３（ａ））。
ＧａＮ基板１の表面を有機洗浄、加熱洗浄などで十分に清浄した後、過酸化水素水、アンモニア、弗酸、塩酸、硝酸、リン酸、水酸化カリウムからなる群から選択された少なくとも１つの化学溶液で処理をし、種結晶となるガリウム酸化物結晶膜２１を形成する。
しかる後、ガリウム酸化物結晶膜２２をエピタキシャル成膜法により形成し、ガリウム酸化物結晶膜２１と、ガリウム酸化物結晶膜２２からなる所望の膜厚のガリウム酸化物結晶膜２を形成する（図３（ｂ））。このときのエピタキシャル成膜法としては、ＭＢＥ法、ＣＶＤ法、ＰＥＶＥ法、ＡＬＤ法、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを挙げることができる。使用するガスとしては、ＧａＣｌガス、ＧａＣｌ２ガス、ＧａＣｌ３ガス等の塩化ガリウム系ガスを用いることができる。また、トリエチルガリウム（Ｔｒｉｅｔｈｌｇａｌｌｉｕｍ：ＴＥＧａ）と酸素ガス（Ｏ２ガス）を用いてもよい。
【００３９】
ここで、ガリウム酸化物結晶膜２は、ガリウム酸化物結晶膜２１とガリウム酸化物結晶膜２２を含んだ平均としてＧａＮと面内格子定数ａが整合されたガリウム酸化物結晶を有する膜を５０体積％以上、好ましくは７０体積％以上、さらに好ましくは１００体積％含むガリウム酸化物膜とする。または、ａ軸の格子定数が０．２８ｎｍ以上０．３４ｎｍ以下の六方晶、立方晶、または六方晶および立方晶の酸化ガリウムを、５０体積％以上、好ましくは７０体積％以上、より好ましくは１００体積％含んだガリウム酸化物膜とする。または、ε―Ｇａ２Ｏ３を５０体積％以上、好ましくは７０体積％以上、さらに好ましくは１００体積％含むガリウム酸化膜とする。あるいは、ε―Ｇａ２Ｏ３を７０体積％以上９０体積％以下でγ―Ｇａ２Ｏ３を１０体積％以上３０体積％以下含むガリウム酸化膜とする。
【００４０】
その後、上述の方法によってＧａＮ膜３をガリウム酸化物結晶膜２２上に形成してガリウム窒化物半導体基板１０２を得る（図３（ｃ））。
【００４１】
上述の工程により形成されたＧａＮ膜３は結晶欠陥の少ない単結晶ＧａＮ膜となる。また、ガリウム酸化物結晶膜２は絶縁膜として機能する。
【００４２】
（実施の形態２）
実施の形態２では、実施の形態１で製造したガリウム窒化物半導体基板を用いた、素子間リーク電流、素子間寄生抵抗、素子間寄生容量の問題、すなわち素子間での非所望のクロストークが少ないガリウム窒化物半導体装置１０３について図４を参照しながら説明する。
【００４３】
実施の形態２のガリウム窒化物半導体装置１０３は素子分離絶縁層４１がガリウム酸化物結晶膜２に届き、素子部が絶縁体である素子分離絶縁層４１とガリウム酸化物結晶膜２によって電気的に隔離されることを特徴とする。この電気的隔離により素子間のリーク電流、寄生抵抗、寄生容量による問題が解決される。
【００４４】
ガリウム窒化物半導体装置１０３の製造工程を以下に示す。
まず、ＧａＮ基板１上にガリウム酸化物結晶膜２およびＧａＮ膜３が順次形成されたガリウム窒化物基板を準備する（図４（ａ））。このガリウム窒化物基板は上述のガリウム酸化物結晶膜２を成長させたガリウム窒化物基板１０１でもガリウム酸化物結晶膜２１の上にエピタキシャル成膜法でガリウム酸化物結晶膜２２を形成し、ガリウム酸化物結晶膜２１とともにガリウム酸化物結晶膜２としたガリウム窒化物基板１０２でも構わない。
【００４５】
次に、ＧａＮ膜３に底部がガリウム酸化物結晶膜２に達する素子分離絶縁層４１を形成する（図４（ｂ））。
素子分離絶縁層４１は、リソグラフィおよびドライエッチングによりＧａＮ膜３の所望の場所に開口を形成し、その開口部にＣＶＤ法などによりＳｉＯｘなどの絶縁膜を埋め込むことにより形成することができる。なお、絶縁膜を埋め込まず開口空間を絶縁層とすることもできる。
【００４６】
その後、ＧａＮ膜３上にゲート絶縁膜４２を形成する（図４（ｃ））。
ゲート絶縁膜４２としては、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｓｃ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｅ２Ｏ３などの酸化膜、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮなどの窒化膜、ＧｄＦ３、ＬａＦ３などのフッ化膜からなる単層膜やこれらの膜を組み合わせた複合膜を用いることができる。これらの膜はスパッタリング法、ＡＬＤ法、ＣＶＤ法などで成膜することができる。
【００４７】
しかる後、ゲート絶縁膜４２の上に所望のゲート電極４３を形成する（図４（ｄ））。そして、ＧａＮ膜３に所望の不純物拡散層を形成する（図示なし）。
次に、ソース電極４４およびドレイン電極４５とＧａＮ膜３が電気的接触をとれるようにゲート絶縁膜４２に所定の開口パターンをリソグラフィおよびドライエッチングで形成したゲート絶縁膜４２ａとした後、ソース電極４４およびドレイン電極４５を形成し、ガリウム窒化物半導体装置１０３とする（図４（ｅ））。
ここで、ゲート電極４３、ソース電極４４およびドレイン電極４５は、金属、合金、金属化合物、シリサイド、ポリサイドまたはドーパントが添加されたポリシリコンなどの導電膜からなる。具体的には、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、ロジウム（Ｒｈ）などの金属、ＡｌＣｕ、ＣｕＮｉＦｅ、ＮｉＣｒなどの合金、ＷＳｉ、ＴｉＳｉなどのシリサイド、ＷＮ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＴａＮなどの金属化合物を挙げることができる。
【００４８】
（実施の形態３）
実施の形態３では、実施の形態１で製造したガリウム窒化物半導体基板を撮像素子の製造、提供に適用した場合を図５および図６を参照しながら示す。
【００４９】
実施の形態３で述べる撮像素子は裏面照射型の撮像素子で、ＧａＮ膜にフォトダイオードが形成されたものである。
ＧａＮは波長３６５ｎｍなどの紫外線に強い感度をもつフォトダイオードを形成できる。しかしながら、通常の表側を受光面とすると、表側にはゲート電極やソース電極、ドレイン電極、および多数の配線が形成されるため、これらの配線が入射光を遮り撮像感度が低下する。一方、基板に開口を開けて裏面側を受光面とする裏面照射型の撮像素子は撮像感度を上げやすいという特徴がある。
【００５０】
裏面照射型の撮像素子の難しさは、十分な加工精度で基板に開口を開けることである。開口の深さにばらつきがあると撮像ピクセル間の感度ばらつきに直結する。また、必要以上に基板が掘り込まれ、フォトダイオードが形成されている部分にまで掘り込みが達するとフォトダイオードが十分機能しなくなる。
【００５１】
実施の形態３では、図５に示すように、ガリウム酸化物結晶膜２をエッチングストッパとしてＧａＮ基板を加工する。この場合、ＧａＮ（図５の１ａ）には十分な加工精度をもつ開口５１を形成することができ、しかもこの加工でのフォトダイオードとなるＧａＮ膜３へのダメージは十分小さくすることができる。このため、撮像ピクセル間の感度ばらつきを抑制して、かつ高い撮像感度を有する撮像素子を提供することが可能になる。
ＧａＮ基板への開口５１の形成は、例えば、そのエッチングの途中までＣｌ２ガスを用いたドライエッチングとしてエッチングレートを上げた上で、ガリウム酸化物結晶膜２の近くになった段階でＣｌ２ガスにＯ２ガスを添加したドライエッチングに切り換え、ＧａＮとガリウム酸化膜とのエッチングレート差を十分に確保するようにすればよい。
【００５２】
製造する撮像素子１０４の構成を図６に示す。ここで、６１はＰ‐層、６２はＮ層で、６１と６２によりフォトダイオードが形成される。６３はＮ＋層からなるフローティングディフュージョンで、６４は素子分離領域、６５はフォトダイオードゲート電極、そして６６は読み出しゲート電極である。ここで、素子分離領域６４をガリウム酸化物結晶膜２に届く深さまで形成し、電気的な素子分離をより高めることもできる。
フォトダイオードゲート電極６５を金属で形成すると、開口部５１側から入射される光がフォトダイオードゲート電極６５で反射されて再び６１と６２で構成されるフォトダイオードを通るので撮像感度をより高めることが可能になる。
但し、これは一例にすぎない。肝要なことは、ガリウム酸化物結晶膜２をエッチングストッパにしてＧａＮ基板に開口５１が形成され、ＧａＮ膜３にフォトダイオードが形成されているという構成である。
なお、実施の形態３では撮像素子の例を示したが、発光素子も同様に製造、提供が可能である。
【実施例】
【００５３】
以下、本発明の実施例について説明する。当然ながら、本発明はこのような特定の形式に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲により規定されるものである。
【００５４】
（実施例１）
実施例１ではガリウム窒化物半導体基板、特にその作製について述べる。
【００５５】
まず、ＨＶＰＥ法で作製したＧａＮ（０００１）基板１を準備した。その膜厚は３３０μｍで、フリースタンディングであり、その結晶転移密度は１０６／ｃｍ２台である。ここで、このＧａＮはウルツ鉱構造の単結晶である。
そして、ＧａＮ基板１をアセトン、エタノール、３体積％の希弗酸、純水により洗浄し、その後、硫酸と過酸化水素水を体積比で２：１の比率で混合させた混合液を用いて洗浄を行ったＧａＮ基板1の表面に酸化膜を形成した。
【００５６】
次に、室温２３℃のクリンルーム中に１日放置した時点でのＧａＮ（０００１）基板上１に形成された酸化膜の状態を調べた。詳細には、この試料に対して７５０℃１５分の熱処理を行って酸化膜の表面を清浄した後、プラズマＣＶＤ法による１００ｎｍの膜厚のＳｉＯ２をこの酸化膜の上に成膜し、断面ＴＥＭにより酸化膜の状態を調べた。
その結果を図７に示す。同図中の（ａ）はε―Ｇａ２Ｏ３の結晶の構造図を示し、（ｂ）は観察結果を示す。結晶構造図の大きな球はＧａ（ガリウム）を表し、小さな球はＯ（酸素）を表す。ここで、参考までに、観察結果の上部にはε―Ｇａ２Ｏ３の結晶の要部構造図をはめ込んでいる。ＳｉＯ２とＧａ２Ｏ３との界面がやや不鮮明になっているが、これは測定系のＳ／Ｎに起因するものである。ＴＥＭに加え、ＬＥＩＳ、ＲＨＥＥＤ、ＳＴＥＭおよびＥＤＳを用いた測定も行って、この酸化膜が体積比でε―Ｇａ２Ｏ３が８０％、γ―Ｇａ２Ｏ３が２０％からなる膜であることを同定した。そして、その結晶面は、基板であるＧａＮ（０００１）基板１の結晶面に揃っていることを確認した。
【００５７】
その後、トリエチルガリウム（Ｔｒｉｅｔｈｌｇａｌｌｉｕｍ：ＴＥＧａ）と高純度酸素ガスを用いたＭＯＣＶＤによってその酸化膜上にε―Ｇａ２Ｏ３からなる酸化膜を形成し、ＧａＮ基板１上の合計膜厚５０ｎｍのε―Ｇａ２Ｏ３を主成分とするガリウム酸化物結晶膜２を形成した。ここで、ＭＯＣＶＤの温度は５００℃であり、その時の反応チャンバー内の圧力は３５００Ｐａとした。
【００５８】
次に、ＭＯＣＶＤ法によりガリウム酸化物結晶膜２の上にＧａＮ種結晶を形成し、その後ＨＶＰＥ法を用いて膜厚５０ｎｍのＧａＮ膜３を成膜した。このＨＶＰＥ法では、水素ガス、窒素ガス、塩化ガリウムガスおよびアンモニアガスを用い、圧力は１００ｋＰａとした。
このようにして作製されたガリウム窒化物半導体基板１０１はＳＯＩ構造を有し、ＧａＮ膜３からなる半導体層は結晶欠陥の少ないものであった。
【００５９】
（実施例２）
実施例２ではガリウム窒化物半導体装置について述べる。
【００６０】
まず、実施例１で作製したガリウム窒化物基板を準備した（図４（ａ））。
次に、ＧａＮ膜３上にＳｉＯ２膜とポリシリコン膜を順次ＣＶＤ法により形成し、その上に素子分離のパターンを有するレジスト膜を形成した。そして、レジスト膜をマスクにしてポリシリコン膜、ＳｉＯ２膜、ＧａＮ膜３をドライエッチングした。このドライエッチングのときのガスはおのおのＣｌ２ガス、ＣＦ４ガス、Ｃｌ２ガスである。
その後、レジストパターンをアッシングで除去し、ＣＶＤ法によりＳｉＯｘ膜を堆積させた。
しかる後、ＳｉＯｘ膜をポリシリコン膜をエッチングストッパにしてＣＦ４ガスを用いてエッチバックし、露出したポリシリコン膜をポリシリコン膜とＧａＮ膜３との間に形成してあるＳｉＯ２膜をエッチングストッパにしてＣｌ２ガスを用いてドライエッチングにより除去した。
その後、ＳｉＯ２膜をウェットエッチングにより除去し、ＧａＮ膜３にＳｉＯｘ膜からなる素子分離絶縁層４１を形成した（図４（ｂ））。
【００６１】
次に、体積比２：１の硫酸と過酸化水素水によるＳＰＭ（Ｓｕｌｆｕｎｉｃ  ａｃｉｄ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｐｅｒｏｘｉｄｅ  ｍｉｘｔｕｒｅ）洗浄を行ってＧａＮ膜３の表面を処理した後、ＡＬＤ法によってＡｌ２Ｏ３膜を堆積させた。そこでは、前駆体をＴＭＡ（Ｔｅｔｒａ  Ｍｅｔｈｙｌ  Ａｌｍｉｎｉｕｍ）、パージをＮ２ガスとし、ＴＭＡ投入、Ｎ２ガスパージ、水蒸気投入、パージの４ステップを１サイクルにして膜厚が１０ｎｍになるまでそのサイクルを１００回繰り返した。温度は３００℃である。
同様にして作製した別の試料を用いてＧａＮ膜３とＡｌ２Ｏ３膜の界面の状態を調べたところ、ＧａＮ膜３とＡｌ２Ｏ３膜の間に１．７ｎｍの膜厚のＧａ２Ｏ３酸化膜が形成されていた。
このようにして、Ｇａ２Ｏ３酸化膜とＡｌ２Ｏ３膜からなるゲート絶縁膜４２をＧａＮ膜３の上に形成した（図４（ｃ））。
【００６２】
しかる後、ゲート絶縁膜４２の上にスパッタリング法によるタングステン（Ｗ）を用いてゲート電極４３を形成し（図４（ｄ））、その後ＧａＮ膜３に所定の不純物層を形成した。
次に、ソース４４およびドレイン４５とＧａＮ膜３が電気的接触をとれるようにゲート絶縁膜４２に所定の開口パターンをリソグラフィおよびドライエッチングで形成した後、ソース電極４４およびドレイン電極４５を形成し、ガリウム窒化物半導体装置１０３を作製した（図４（ｅ））。
【００６３】
実施例２で作製したガリウム窒化物半導体装置１０３は、素子分離絶縁層４１がガリウム酸化物結晶膜２に届き、素子部が絶縁体である素子分離絶縁層４１とガリウム酸化物結晶膜２によって電気的に隔離された。この電気的隔離により素子間のリーク電流、寄生抵抗、寄生容量による問題が解決され、作製した電気素子は隣接素子からのクロストークを受けることなく安定に動作した。また、半導体層にＧａＮを用いているため、絶縁耐圧も高く。ＧａＮの欠陥が少ないため電気特性は安定した。このため、実施例２で作製したガリウム窒化物半導体装置１０３は高い電気特性を有する集積回路となった。
【００６４】
（実施例３）
実施例３ではガリウム窒化物半導体基板とその作製について述べる。
【００６５】
まず、市販のｎ型ＧａＮ（０００１）基板１を準備した。ここで、このＧａＮ基板１はウルツ鉱構造の単結晶である。そして、ＧａＮ基板１をアセトン、エタノール、３体積％の希弗酸、純水により洗浄し、その後、硫酸と過酸化水素水を体積比で２：１の比率で混合させた混合液を用いて洗浄を行ったＧａＮ基板1の表面に酸化膜を形成した。
【００６６】
次に、室温２３℃のクリンルーム中に１日放置した時点でのＧａＮ（０００１）基板上１に形成された酸化膜の状態を断面ＴＥＭおよびそのデータを基にしたＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）解析により調べた。ＦＦＴ解析により、結晶の格子整合性が調べられる。
その結果を図１１に示す。同図中の（ａ）は断面観察図であり、（b）は(a)の断面ＴＥＭ像にＦＦＴ信号解析を施した像である。図１１（ｂ）の白線は回折パターンを示す。その白線が一直線上にあると基板１の結晶とその上に形成された膜の結晶格子が格子整合されていることになる。観察の結果、白線は一直線上に並んでおり、基板１上に形成された膜は基板１の結晶と結晶格子が整合し、その結晶面は基板であるＧａＮ（０００１）基板１の結晶面に揃っていることを確認した。
次に、基板１上に形成された膜が酸化膜であることは低速イオン散乱分光法によって確認した。
【００６７】
その後、トリエチルガリウム（Ｔｒｉｅｔｈｌｇａｌｌｉｕｍ：ＴＥＧａ）と高純度酸素ガスを用いたＭＯＣＶＤによってその酸化膜上にその酸化膜と格子整合のとれた単結晶酸化膜を形成し、ＧａＮ基板１上の合計膜厚５０ｎｍの基板１の結晶と格子が整合した単結晶のガリウム酸化物結晶膜２を形成した。ここで、ＭＯＣＶＤの温度は５００℃であり、その時の反応チャンバー内の圧力は３５００Ｐａとした。
【００６８】
次に、ＭＯＣＶＤ法によりガリウム酸化物結晶膜２の上にＧａＮ種結晶を形成し、その後ＨＶＰＥ法を用いて膜厚５０ｎｍのＧａＮ膜３を成膜した。このＨＶＰＥ法では、水素ガス、窒素ガス、塩化ガリウムガスおよびアンモニアガスを用い、圧力は１００ｋＰａとした。
このようにして作製されたガリウム窒化物半導体基板１０１はＳＯＩ構造を有し、ＧａＮ膜３からなる半導体層は結晶欠陥の少ないものであった。
【００６９】
（実施例４）
実施例４ではガリウム窒化物半導体基板とその作製について述べる。
【００７０】
まず、市販のｐ型ＧａＮ（０００１）基板１を準備した。ここで、このＧａＮ基板１はウルツ鉱構造の単結晶であり、その上にＭＯＣＶＤ法によって、意図的なドーパントを含まないＧａＮ層が２μｍ、その上に、Ｍｇをアクセプターとしてドープしたｐ−ＧａＮ層が２μｍ形成されている。そして、ＧａＮ基板１をアセトン、エタノール、３体積％の希弗酸、純水により洗浄し、その後、硫酸と過酸化水素水を体積比で２：１の比率で混合させた混合液を用いて洗浄を行ったＧａＮ基板1の表面に酸化膜を形成した。
【００７１】
次に、室温２３℃のクリンルーム中に１日放置した時点でのＧａＮ（０００１）基板上１に形成された酸化膜の状態を、実施例３と同様に、断面ＴＥＭおよびそのデータを基にしたＦＦＴ解析により調べた。
その結果を図１２に示す。同図中の（ａ）は断面観察図であり、（ｂ）は(a)の断面ＴＥＭ像にＦＦＴ信号解析を施した像である。観察の結果、実施例３と同様に、白線は一直線上に並んでおり、基板１上に形成された膜は基板１の結晶と結晶格子が整合し、その結晶面は基板であるＧａＮ（０００１）基板１の結晶面に揃っていることを確認した。
次に、基板１上に形成された膜が酸化膜であることは低速イオン散乱分光法によって確認した。
【００７２】
その後、実施例３と同様の工程でガリウム窒化物半導体基板１０１を作製した。
このようにして作製されたガリウム窒化物半導体基板１０１はＳＯＩ構造を有し、ＧａＮ膜３からなる半導体層は結晶欠陥の少ないものであった。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
以上説明したように、本発明によれば、素子間リーク電流や素子間寄生抵抗、容量の問題の少ない半導体装置を製造するのに好適で結晶欠陥の少ない高品質なガリウム窒化物半導体基板が提供される。
また、本発明により提供される半導体装置は、広いバンドギャップ、高い飽和電子速度および高い絶縁破壊電界強度を有するＧａＮからなる半導体層を有し、かつ素子間リーク電流や素子間寄生抵抗、容量の問題が少ない高集積パワー半導体に好適なものになるので、多くの産業分野で利用される可能性がある。
【符号の説明】
【００７４】
１：ＧａＮ基板
１ａ：ＧａＮ
２：ガリウム酸化物結晶膜
３：ＧａＮ膜
２１：ガリウム酸化物結晶膜
２２：ガリウム酸化物結晶膜
４１：素子分離絶縁層
４２： ゲート絶縁膜
４２ａ：パターンが形成されたゲート絶縁膜
４３：ゲート電極
４４：ソース電極
４５：ドレイン電極
５１：開口
６１：Ｐ‐層
６２：Ｎ層
６３：Ｎ＋層（フローティングディフュージョン）
６４：素子分離領域
６５：フォトダイオードゲート電極
６６：読み出しゲート電極
１０１：半導体基板
１０２：半導体基板
１０３：半導体装置
１０４：撮像素子
１００１  酸素原子（Ｏ）
１００２  ガリウム原子（Ｇａ）
１０１１  結晶格子
１０２１  格子定数ａ１
１０２２  格子定数ａ２
１０２３  格子定数ａ３
【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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【図１２】
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