(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＢＥ法によりＧａ２Ｏ３系基板上にＧａ２Ｏ３系結晶膜をエピタキシャル成長させる、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の形成方法であって、
前記Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の成長温度が５６０℃以上であり、かつ７５０℃よりも低く、
前記Ｇａ２Ｏ３系結晶膜が成長する際の成長表面近傍の雰囲気におけるVI／III比が、１／２よりも小さい、あるいは２よりも大きい、
Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の形成方法。
【請求項２】
前記Ｇａ２Ｏ３系結晶膜を成長させながらIV族元素をドープし、
前記成長温度が６５０℃以下であり、
前記VI／III比が１０以上である、
請求項１に記載のＧａ２Ｏ３系結晶膜の形成方法。
【請求項３】
ＭＢＥ法によりＧａ２Ｏ３系基板上にＧａ２Ｏ３系結晶膜をエピタキシャル成長させる、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の形成方法であって、
前記Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の成長温度が５６０℃よりも高く、かつ７５０℃以下であり、
前記Ｇａ２Ｏ３系結晶膜が成長する際の成長表面近傍の雰囲気におけるVI／III比が、１／３以上であり、かつ２よりも小さい、
Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の形成方法。
【請求項４】
ＭＢＥ法によりＧａ２Ｏ３系基板上にＧａ２Ｏ３系結晶膜をエピタキシャル成長させる、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の形成方法であって、
前記Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の成長温度が５６０℃よりも高く、かつ７５０℃よりも低く、
前記Ｇａ２Ｏ３系結晶膜が成長する際の成長表面近傍の雰囲気におけるVI／III比が、１／３以上、かつ３以下である、
Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｇａ２Ｏ３系基板上にＧａ２Ｏ３系結晶膜をエピタキシャル成長させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１によれば、Ｇａ２Ｏ３系基板の主面の面方位を選択することにより、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の成長速度を制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０３５４６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的の１つは、結晶品質に優れるＧａ２Ｏ３系結晶膜を形成することのできるＧａ２Ｏ３系結晶膜の形成方法、及びそのＧａ２Ｏ３系結晶膜を有する結晶積層構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］〜［４］のＧａ２Ｏ３系結晶膜の形成方法を提供する。また、本発明の他の態様は、上記目的を達成するために、下記［５］の結晶積層構造体を提供する。
【０００６】
［１］ＭＢＥ法によりＧａ２Ｏ３系基板上にＧａ２Ｏ３系結晶膜をエピタキシャル成長させる、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の形成方法であって、前記Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の成長温度が５６０℃以上であり、かつ７５０℃よりも低く、前記Ｇａ２Ｏ３系結晶膜が成長する際の成長表面近傍における付着原子のVI／III比が、１／２よりも小さい、あるいは２よりも大きい、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の形成方法。
【０００８】
［２］前記Ｇａ２Ｏ３系結晶膜を成長させながらIV族元素をドープし、前記成長温度が６５０℃以下であり、前記VI／III比が１０以上である、前記［１］に記載のＧａ２Ｏ３系結晶膜の形成方法。
【０００９】
［３］ＭＢＥ法によりＧａ２Ｏ３系基板上にＧａ２Ｏ３系結晶膜をエピタキシャル成長させる、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の形成方法であって、前記Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の成長温度が５６０℃よりも高く、かつ７５０℃以下であり、前記Ｇａ２Ｏ３系結晶膜が成長する際の成長表面近傍の雰囲気におけるVI／III比が、１／３以上であり、かつ２よりも小さい、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の形成方法。
【００１０】
［４］ＭＢＥ法によりＧａ２Ｏ３系基板上にＧａ２Ｏ３系結晶膜をエピタキシャル成長させる、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の形成方法であって、前記Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の成長温度が５６０℃よりも高く、かつ７５０℃よりも低く、前記Ｇａ２Ｏ３系結晶膜が成長する際の成長表面近傍の雰囲気におけるVI／III比が、１／３以上、かつ３以下である、
Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の形成方法。
【００１１】
［５］第１のIV族元素を含むＧａ２Ｏ３系基板と、前記Ｇａ２Ｏ３系基板上に形成された、表面粗さ（ＲＭＳ）が１ｎｍ未満であり、厚さが３００ｎｍ以上であり、第２のIV族元素を含むＧａ２Ｏ３系結晶膜と、を含み、前記Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の深さ方向の前記第２のIV族元素濃度分布のばらつきが２０％以下である、結晶積層構造体。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、結晶品質に優れるＧａ２Ｏ３系結晶膜を形成することのできるＧａ２Ｏ３系結晶膜の形成方法、及びそのＧａ２Ｏ３系結晶膜を有する結晶積層構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施の形態に係る結晶積層構造体の垂直断面図である。
【図２】図２は、Ｇａ２Ｏ３結晶膜の成長レートのＯ３＋Ｏ２混合ガス供給量及び成長温度依存性を表すグラフである。
【図３】図３（ａ）は、原子間力顕微鏡によるＧａ２Ｏ３結晶膜の表面の観察画像である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示される観察画像から視認される表面状態と、表面の粗さのＲＭＳ値が記載された表である。
【図４】図４は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定した、Ｇａ２Ｏ３基板及びＧａ２Ｏ３結晶膜中のＳｎ濃度の深さ方向のプロファイルを表すグラフである。
【図５】図５は、原子間力顕微鏡による、ＳｎがドープされたＧａ２Ｏ３結晶膜の表面の観察画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明者らは、Ｇａ２Ｏ３系基板上にエピタキシャル成長させるＧａ２Ｏ３系結晶膜について、鋭意研究の結果、結晶品質及び主面の平坦性のVI／III比への依存性、並びにドープしたIV族元素の濃度分布のVI／III比への依存性を新規に見出し、本発明に至った。以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
〔実施の形態〕
（結晶積層構造体の構成）
図１は、実施の形態に係る結晶積層構造体の垂直断面図である。結晶積層構造体１は、Ｇａ２Ｏ３系基板１０と、Ｇａ２Ｏ３系基板１０上にエピタキシャル結晶成長により形成されたＧａ２Ｏ３系結晶膜１２を有する。
【００１６】
Ｇａ２Ｏ３系基板１０は、Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板である。ここで、Ｇａ２Ｏ３系単結晶とは、Ｇａ２Ｏ３単結晶、又は、Ａｌ、Ｉｎ等の元素が添加されたＧａ２Ｏ３単結晶をいう。例えば、Ａｌ及びＩｎが添加されたＧａ２Ｏ３単結晶である（ＧａｘＡｌｙＩｎ（１−ｘ−ｙ））２Ｏ３（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ≦１）単結晶であってもよい。Ａｌを添加した場合にはバンドギャップが広がり、Ｉｎを添加した場合にはバンドギャップが狭くなる。なお、上記のＧａ２Ｏ３単結晶は、例えば、β型の結晶構造を有する。また、Ｇａ２Ｏ３系基板１０は、Ｓｎ等の導電型不純物を含んでもよい。
【００１７】
Ｇａ２Ｏ３系基板１０の主面１１の面方位は特に限定されず、例えば、（０１０）、（００１）、（１１０）、（２１０）、（３１０）、（６１０）、（９１０）、（１０１）、（１０２）、（２０１）、（４０１）、（−１０１）、（−２０１）、（−１０２）、（−４０１）である。
【００１８】
Ｇａ２Ｏ３系基板１０は、例えば、ＦＺ（Floating Zone）法やＥＦＧ（Edge Defined Film Fed Growth）法等の融液成長法により育成したＧａ２Ｏ３系単結晶のバルク結晶をスライスし、表面を研磨することにより形成される。
【００１９】
Ｇａ２Ｏ３系結晶膜１２は、Ｇａ２Ｏ３系基板１０と同様に、Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる。また、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜１２はＧａ２Ｏ３系基板１０の主面１１上にエピタキシャル結晶成長により形成されるため、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜１２の表面１３の面方位は、Ｇａ２Ｏ３系基板１０の主面１１と同じである。また、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜１２は、Ｓｎ等の導電型不純物を含んでもよい。
【００２０】
Ｇａ２Ｏ３系結晶膜１２は、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法等の物理的気相成長法により形成される。
【００２１】
Ｇａ２Ｏ３系結晶膜１２は、成長温度（基板温度）が５６０℃以上であり、VI／III比が１／２よりも小さい、あるいは２よりも大きいという条件（以下、成長条件Ａ１とする）の下でのエピタキシャル成長により形成される。ここで、VI／III比は、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜１２が成長する際の成長表面の付着原子比、つまりＧａ２Ｏ３系結晶膜１２の成長に直接寄与し得るＯ原子とＧａ原子の比である。例えば、成長表面付着原子が３ｎ個のＯ原子と２ｎ個のＧａ原子（ｎは自然数）であるときのVI／III比は１である。
【００２２】
Ｇａ２Ｏ３系結晶膜１２を成長条件Ａ１の下でエピタキシャル成長させることにより、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜１２の表面１３におけるピットの発生を抑えることができる。
【００２３】
ここで、ピットは結晶膜の表面に生じる孔状の欠陥である。ピットの発生を抑えてＧａ２Ｏ３系結晶膜１２の結晶品質を高めることにより、結晶積層構造体１を用いて製造される半導体素子の優れた導電層として、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜１２を用いることができる。
【００２４】
さらに、成長温度が７５０℃よりも低いという条件を成長条件Ａ１に加えた条件（以下、成長条件Ａ２とする）の下でＧａ２Ｏ３系結晶をエピタキシャル成長させることにより、表面１３の粗さのＲＭＳ（Root Mean Square）値が１ｎｍ未満であるＧａ２Ｏ３系結晶膜１２を得ることができる。
【００２５】
ここで、ＲＭＳ値は、原子間力顕微鏡によりＧａ２Ｏ３系結晶膜１２の表面１３の鉛直方向の高さと水平方向の位置との関係を表す曲線を測定し、その平均線から曲線までの偏差の二乗を平均した値の平方根を求めることにより得られる。
【００２６】
ＲＭＳ値が大きいと、例えば、結晶積層構造体１を用いてショットキーダイオードやＭＥＳＦＥＴ（Metal-Semiconductor Field Effect Transistor）を製造する場合、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜１２上に形成されたショットキー電極において局所的な電界集中が発生し、素子耐圧の低下を引き起こすおそれがある。これは、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜１２の表面１３の凹凸により形成されたショットキー電極の底面の凹凸の凸部に電界が集中することによる。この電界集中を抑えるためのショットキー電極の底面の表面粗さの条件として、ＲＭＳ値が１ｎｍ以下であることが知られている。すなわち、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜１２の表面１３のＲＭＳ値が１ｎｍ以下であれば、ショットキー電極における局所的な電界集中を抑えることができる。
【００２７】
さらに、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜１２を成長させながら、ドナーとなるＳｎ等のIV族元素をドープする場合は、成長温度が６５０℃以下であり、VI／III比が１０以上であるという条件を成長条件Ａ２に加えた条件（以下、成長条件Ａ３とする）の下でＧａ２Ｏ３系結晶膜１２をエピタキシャル成長させることにより、IV族元素濃度分布の深さ方向の均一性を高めることができる。
【００２８】
Ｇａ２Ｏ３系結晶膜１２のIV族元素濃度分布の深さ方向の均一性が高い場合、特に、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜１２の厚さ方向に電流が流れる縦型の半導体素子の製造に有効である。
【００２９】
また、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜１２は、成長温度が５６０℃よりも高く、VI／III比が１／３以上、かつ３以下という条件（以下、成長条件Ｂ１とする）の下でのエピタキシャル成長により形成されてもよい。
【００３０】
Ｇａ２Ｏ３系結晶膜１２を条件Ｂ１の下でエピタキシャル成長させることにより、条件Ａ１の下でエピタキシャル成長させる場合と同様に、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜１２の表面におけるピットの発生を抑えることができる。
【００３１】
さらに、成長温度が７５０℃以下であり、VI／III比が２よりも小さいという条件を条件Ｂ１に加えた条件（以下、成長条件Ｂ２とする）でＧａ２Ｏ３結晶をエピタキシャル成長させることにより、表面粗さの指標であるＲＭＳ値が１ｎｍ未満であるＧａ２Ｏ３系結晶膜１２を形成することができる。
【００３２】
（Ｇａ２Ｏ３系結晶膜の評価）
以下に、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜１２の表面の結晶品質、平坦性、及びIV族元素濃度分布の深さ方向の均一性についての評価結果を示す。なお、本評価においては、Ｇａ２Ｏ３系基板１０として主面の面方位が（０１０）であるＧａ２Ｏ３基板を用いて、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜１２としてのＧａ２Ｏ３結晶膜を、ＭＢＥ法により、成長温度が５６０〜７５０℃、成長時間が３０分、ＧａのＢＥＰ（Beam Equivalent Pressure）が２．１×１０−４Ｐａの条件で形成した。また、Ｇａ２Ｏ３結晶膜成長の酸素源にはＯ３＋Ｏ２混合ガス（Ｏ３とＯ２の混合ガス）を用いた。混合比率はおよそＯ３が５％、Ｏ２が９５％である。
【００３３】
図２は、Ｇａ２Ｏ３結晶膜の成長レートのＯ３＋Ｏ２混合ガス供給量及び成長温度依存性を表すグラフである。図２の横軸はＧａ２Ｏ３基板の表面へのＯ３＋Ｏ２混合ガスの供給量［arb. unit］であり、縦軸はＧａ２Ｏ３結晶膜の成長レート［μｍ／ｈ］である。
【００３４】
Ｇａの供給量は、ＢＥＰが２．１×１０−４Ｐａに固定されているため一定であり、Ｏ３＋Ｏ２混合ガスの供給量を０から増加させる間の、Ｇａ２Ｏ３結晶膜の成長レートが上昇しているときはVI／III比＜１であり、成長レートが飽和した後はVI／III比＞１となる。
【００３５】
図２においては、Ｇａ２Ｏ３結晶膜の成長レートの上昇が止まる点線で囲まれた領域がおよそVI／III比＝１となる領域であり、その領域よりもＯ３＋Ｏ２混合ガスの供給量が小さい領域がVI／III比＜１となる領域、大きい領域がVI／III比＞１となる領域である。
【００３６】
Ｏ３＋Ｏ２混合ガスは、基板の中心軸上に設置されたパイプから、基板の表面に向かって円錐状に放射される。ここで、基板とパイプの距離を３０ｍｍ、Ｏ３＋Ｏ２混合ガスの流量を１ｓｃｃｍとしたときのＧａ２Ｏ３基板の表面へのＯ３＋Ｏ２混合ガスの供給量を１arb. unitとした。例えば、Ｏ３＋Ｏ２混合ガスの流量を１ｓｃｃｍに保持した状態で基板とパイプの距離を３０ｍｍの半分の１５ｍｍとすると、Ｇａ２Ｏ３結晶膜の成長表面近傍のＯ３＋Ｏ２混合ガスの濃度が４倍になるため、供給量は４arb. unitとなる。
【００３７】
図２から、成長温度ごとの、基板とＯ３＋Ｏ２混合ガスの供給条件とVI／III比との関係を得て、Ｇａ２Ｏ３結晶膜の表面の結晶品質、平坦性、及びIV族元素濃度分布の深さ方向の均一性とVI／III比との関係を調査した。
【００３８】
図３（ａ）は、原子間力顕微鏡によるＧａ２Ｏ３結晶膜の表面の観察画像である。図３（ａ）は、Ｇａ２Ｏ３結晶膜の表面状態の、成長温度及びVI／III比への依存性を表している。なお、各々の画像の一辺の長さは、Ｇａ２Ｏ３結晶膜の表面におけるおよそ１μｍに相当する。
【００３９】
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示される観察画像から視認される表面状態と、表面の粗さのＲＭＳ値が記載された表である。図３（ａ）の観察画像に対応する各枠の上側には表面状態が記載され、“bunching”は波状のモフォロジーであるステップバンチングが観察されたことを表し、“pit”は孔状の欠陥であるピットが観察されたことを表し、空白はステップバンチング及びピットが観察されなかったことを表す。また、各枠の下側の数値は、表面の粗さのＲＭＳ値を表す。
【００４０】
ピットの発生は、Ｇａ２Ｏ３結晶膜の結晶品質が低いことを表すものである。また、ステップバンチングが発生する場合は、結晶品質に問題はないものの、平坦性が低く、表面の粗さのＲＭＳ値が大きくなる。
【００４１】
図３（ａ）、（ｂ）が示すように、成長温度が５６０℃以上であり、VI／III比が１／２よりも小さい、あるいは２よりも大きいという条件（成長条件Ａ１）の下でＧａ２Ｏ３結晶を成長させた場合、表面にピットをほとんど有しないＧａ２Ｏ３結晶膜を形成し得る。
【００４２】
また、成長温度が５６０℃以上であり、VI／III比が１／３以下、あるいは３以上という条件の下でＧａ２Ｏ３結晶を成長させた場合、より確実にピットの発生を抑えることができる。
【００４３】
さらに、成長温度が５６０℃以上、かつ７５０℃よりも低く、VI／III比が１／２よりも小さい、あるいは２よりも大きいという条件（成長条件Ａ２）でＧａ２Ｏ３結晶をエピタキシャル成長させることにより、表面にピットをほとんど有さず、表面粗さのＲＭＳ値が１ｎｍ未満であるＧａ２Ｏ３結晶膜を形成し得る。
【００４４】
また、成長温度が５６０℃以上、かつ６５０℃以下であり、VI／III比が１／３以下、あるいは３以上という条件の下でＧａ２Ｏ３結晶を成長させた場合、より確実にピットの発生を抑え、平坦性をより向上させることができる。
【００４５】
また、成長温度が５６０℃よりも高く、VI／III比が１／３以上、かつ３以下という条件（成長条件Ｂ１）の下でＧａ２Ｏ３結晶をエピタキシャル成長させることにより、表面にピットをほとんど有しないＧａ２Ｏ３結晶膜を形成し得る。
【００４６】
また、成長温度が６５０℃以上であり、VI／III比が１／３以上、かつ３以下という条件の下でＧａ２Ｏ３結晶を成長させた場合、より確実にピットの発生を抑えることができる。
【００４７】
さらに、成長温度が５６０℃よりも高く、かつ７５０℃以下であり、VI／III比が１／３よりも大きく、かつ２よりも小さいという条件（成長条件Ｂ２）でＧａ２Ｏ３結晶をエピタキシャル成長させることにより、表面にピットをほとんど有さず、表面粗さのＲＭＳ値が１ｎｍ未満であるＧａ２Ｏ３結晶膜を形成し得る。
【００４８】
また、成長温度が６５０℃以上、かつ７５０℃以下であり、VI／III比が１／２以上、かつ１以下という条件の下でＧａ２Ｏ３結晶を成長させた場合、より確実にピットの発生を抑え、平坦性をより向上させることができる。
【００４９】
次に、Ｇａ２Ｏ３結晶膜を成長させながらIV族元素をドープした場合のIV族元素濃度分布の深さ方向の均一性について調査した。ここで、Ｇａ２Ｏ３結晶膜の成長温度は５６０℃とし、VI／III比は１、２、又は１０とした。本調査においては、IV族元素としてＳｎを用いた。
【００５０】
図４は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定した、Ｇａ２Ｏ３基板及びＧａ２Ｏ３結晶膜中のＳｎ濃度の深さ方向のプロファイルを表すグラフである。図４の横軸はＧａ２Ｏ３結晶膜の表面からの深さ［μｍ］を表し、縦軸はＳｎの濃度［ｃｍ−３］を表す。
【００５１】
表面から深さ３３０ｎｍ程度までの領域がＧａ２Ｏ３結晶膜であり、３３０ｎｍより深い領域がＧａ２Ｏ３基板である。図４は、VI／III比の異なる３試料の測定結果を示しているが、いずれの試料においても、Ｇａ２Ｏ３結晶膜よりもＧａ２Ｏ３基板の方が、Ｓｎ濃度の平均値が高い。
【００５２】
図４は、Ｓｎ濃度の深さ方向の分布が、VI／III比が１又は２であるときは不均一であり、VI／III比が１０であるときはほぼ均一であることを示している。VI／III比が１０であるときの深さ方向のＳｎ濃度の分布は、２．５×１０１８±０．５×１０１８ｃｍ-３程度の範囲内に収まり、そのばらつき（平均値に対する最大偏差の絶対値の割合）は２０％以下に抑えられている。このことから、VI／III比を１０以上とすることにより、Ｇａ２Ｏ３結晶膜の深さ方向のＳｎ濃度分布をほぼ均一にできることがわかる。
【００５３】
なお、VI／III比が１又は２であるときのＧａ２Ｏ３結晶膜中のＳｎ濃度がＧａ２Ｏ３基板に近い領域で低くなっているのは、Ｇａ２Ｏ３結晶の成長に対してＳｎのドープが遅れているためであり、この領域にドープされなかった分のＳｎは、Ｇａ２Ｏ３結晶膜の表面近傍に偏析する。このことは、図４のVI／III比が１又は２であるときのＳｎ濃度プロファイルが深さ０の近傍で急上昇していることから確認できる。
【００５４】
図５は、原子間力顕微鏡による、ＳｎがドープされたＧａ２Ｏ３結晶膜の表面の観察画像である。図５に示されるＧａ２Ｏ３結晶膜は、図４に示される例と同様に、５６０℃の成長温度で形成され、２×１０１８〜３×１０１８ｃｍ−３を目標値とする濃度のＳｎがドープされている。なお、各々の画像の一辺の長さは、Ｇａ２Ｏ３結晶膜の表面におけるおよそ１μｍに相当する。
【００５５】
図５に示されるように、VI／III比が６以下のＧａ２Ｏ３結晶膜の表面は荒れており、VI／III比が１０のＧａ２Ｏ３結晶膜の表面はＲＭＳが０．３ｎｍであり、Ｓｎをドープしない場合と同様に平坦である。このことから、VI／III比が６以下の時はＳｎの表面偏析による成長異常が発生し、VI／III比が少なくとも１０以上であれば、偏析を抑制できることがわかる。よって、成長温度が５６０℃であるときには、VI／III比を１０以上とすることにより、ＳｎがドープされたＧａ２Ｏ３結晶膜の表面の平坦性を良好にできることがわかる。
【００５６】
また、成長温度が７５０℃以上の場合は、図３（ａ）に示した通り、VI／III比が２以上になると表面にステップハンチングが生じるため、Ｓｎの偏析を抑制しつつ平坦性を良好にすることは難しい。一方、成長温度が６５０℃以下であれば、VI／III比を大きくしても平坦性を良好にできるため、成長温度が６５０℃以下であるときには、VI／III比を１０以上とすることにより、ＳｎがドープされたＧａ２Ｏ３結晶膜の表面の平坦性を良好にできるといえる。
【００５７】
上記の評価においては、上述のように、Ｇａ２Ｏ３系基板１０としてＧａ２Ｏ３基板を用いて、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜１２としてのＧａ２Ｏ３結晶膜を成長させているが、Ｇａ２Ｏ３基板以外のＧａ２Ｏ３系基板を用いた場合や、Ｇａ２Ｏ３結晶膜以外のＧａ２Ｏ３系結晶膜を用いた場合であっても、同様の評価結果が得られる。また、ドナーとして、Ｓｉ、Ｇｅ等のＳｎ以外のIV族元素を用いた場合であっても、同様の評価結果が得られる。また、Ｇａ２Ｏ３系基板１０にドープされるIV族元素（第１のIV族元素と呼ぶ）とＧａ２Ｏ３系結晶膜１２にドープされるIV族元素（第２のIV族元素と呼ぶ）は同じであっても異なっていてもよい。また、Ｇａ２Ｏ３系基板の主面の面方位やＧａ２Ｏ３結晶膜成長の酸素源も限定されない。
【００５８】
（実施の形態の効果）
上記実施の形態によれば、結晶品質及び主面の平坦性に優れるＧａ２Ｏ３系結晶膜を形成することができる。また、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜にドナーとしてのIV族元素をドープする場合には、Ｇａ２Ｏ３結晶膜の深さ方向のIV族元素濃度分布をほぼ均一にすることができる。
【００５９】
また、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜が結晶品質及び主面の平坦性に優れるため、Ｇａ２Ｏ３系結晶膜上に品質のよい結晶膜を成長させることができる。このため、本実施の形態に係るＧａ２Ｏ３系結晶膜を含む結晶積層構造体を高品質な半導体装置の製造に用いることができる。
【００６０】
また、Ｇａ２Ｏ３結晶膜の深さ方向のIV族元素濃度分布をほぼ均一にすることができるため、Ｇａ２Ｏ３結晶膜の厚さ方向に通電する縦型の半導体素子の優れた構成部材として用いることができる。
【００６１】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【００６２】
また、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。
【符号の説明】
【００６３】
１…結晶積層構造体、１０…Ｇａ２Ｏ３系基板、１１…主面、１２…Ｇａ２Ｏ３系結晶膜、１３…表面
【図１】
0006535204.tif 000002
【図２】
0006535204.tif 000003
【図３】
0006535204.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006535204.tif 000006