(57)【要約】  良好なｐ型半導体特性を有する新規かつ有用な酸化物半導体膜とその製造方法を提供する。周期律表の第９族金属（ロジウム、イリジウム、コバルト等）及び／又は第１３族金属（インジウム、アルミニウム、ガリウム等）とｐ型ドーパント（マグネシウム等）とを含む原料溶液を霧化してミストを生成し、ついで、キャリアガスを用いて、基体の表面近傍まで前記ミストを搬送した後、前記ミストを前記基体表面近傍にて酸素雰囲気下で熱反応させることにより、前記基体上に酸化物半導体膜を形成する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属酸化物を主成分とする酸化物半導体膜であって、前記金属酸化物が周期律表の第９族金属及び／又は第１３族金属を含み、膜中にｐ型ドーパントを含有し、ｐ型キャリア密度が１×１０１５／ｃｍ３以上であり、移動度が１ｃｍ２／Ｖｓ以上であることを特徴とする酸化物半導体膜。
【請求項２】
前記第９族金属がロジウム、イリジウム又はコバルトである請求項１記載の酸化物半導体膜。
【請求項３】
前記第１３族金属が、インジウム、アルミニウム及びガリウムから選ばれる１種又は２種以上の金属である請求項１又は２に記載の酸化物半導体膜。
【請求項４】
前記ｐ型ドーパントが、マグネシウムである請求項１〜３のいずれかに記載の酸化物半導体膜。
【請求項５】
少なくとも半導体層と電極を備えた半導体装置であって、請求項１〜４のいずれかに記載の酸化物半導体膜が前記半導体層に用いられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
ｐ型半導体層を備えた熱電変換素子を含み、前記ｐ型半導体層に請求項１〜４のいずれかに記載の酸化物半導体が用いられている請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
さらに、ｎ型半導体層を備えており、前記ｎ型半導体層は、周期律表の第１３族金属を含む酸化物半導体を主成分とする請求項５又は６に記載の半導体装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれかに記載の半導体装置を含むシステム。
【請求項９】
周期律表の第９族金属及び／又は第１３族金属とｐ型ドーパントとを含む原料溶液を霧化してミストを生成し、ついで、キャリアガスを用いて、基体の表面近傍まで前記ミストを搬送した後、前記ミストを前記基体表面近傍にて酸素雰囲気下で熱反応させることにより、前記基体上に酸化物半導体膜を形成することを特徴とする酸化物半導体膜の製造方法。
【請求項１０】
前記第９族金属がロジウム、イリジウム又はコバルトである請求項９記載の製造方法。
【請求項１１】
前記第１３族金属が、インジウム、アルミニウム及びガリウムから選ばれる１種又は２種以上の金属である請求項９又は１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記ｐ型ドーパントが、マグネシウムである請求項９〜１１のいずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｐ型半導体として有用な酸化物半導体膜及びその製造方法並びに前記酸化物半導体膜を用いた半導体装置及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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１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。【０００３】
そして、近年においては、酸化ガリウム系のｐ型半導体が検討されており、例えば、特許文献１には、β−Ｇａ２Ｏ３系結晶を、ＭｇＯ（ｐ型ドーパント源）を用いてＦＺ法により形成したりすると、ｐ型導電性を示す基板が得られることが記載されている。また、特許文献２には、ＭＢＥ法により形成したα−（ＡｌｘＧａ１−ｘ）２Ｏ３単結晶膜にｐ型ドーパントをイオン注入してｐ型半導体を形成することが記載されている。しかしながら、これらの方法では、ｐ型半導体の作製は実現困難であり（非特許文献２）、実際に、これらの方法でｐ型半導体の作製に成功したとの報告はなされていない。そのため、実現可能なｐ型酸化物半導体及びその製造方法が待ち望まれていた。【０００４】
また、非特許文献３や非特許文献４に記載されているように、例えばＲｈ２Ｏ３やＺｎＲｈ２Ｏ４等をｐ型半導体に用いることも検討されているが、Ｒｈ２Ｏ３は、成膜時に特に原料濃度が薄くなってしまい、成膜に影響する問題があり、有機溶媒を用いても、Ｒｈ２Ｏ３単結晶が作製困難であった。また、電子密度が高すぎる等の問題もあった。ＺｎＲｈ２Ｏ４は移動度が低く、バンドギャップも狭いため、ＬＥＤやパワーデバイスに用いることができない問題があり、これらは必ずしも満足のいくものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３４０３０８号公報
【特許文献２】特開２０１３−５８６３７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】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２】竹本達哉、EE Times Japan&#8246;パワー半導体 酸化ガリウム″熱伝導率、P型……課題を克服して実用化へ、［online］、2014年2月27日、アイティメディア株式会社、［平成28年6月21日検索］、インターネット〈URL：http://eetimes.jp/ee/articles/1402/27/news028_2.html〉
【非特許文献３】F.P.KOFFYBERG et al., "optical bandgaps and electron affinities of semiconducting Rh2O3(I) and Rh2O3(III)", J. Phys. Chem. Solids Vol.53, No.10, pp.1285-1288, 1992
【非特許文献４】細野秀雄、”酸化物半導体の機能開拓”、物性研究・電子版  Vol.3、No.1、031211（2013年11月・2014年2月合併号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、良好なｐ型半導体特性を有する新規かつ有用な酸化物半導体膜とその製造方法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】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、周期律表の第９族金属及び／又は第１３族金属とｐ型ドーパントとを含む原料溶液を霧化してミストを生成し、ついで、キャリアガスを用いて、基体の表面近傍まで前記ミストを搬送した後、前記ミストを前記基体表面近傍にて酸素雰囲気下で熱反応させることにより、前記基体上に酸化物半導体膜を形成すると、金属酸化物を主成分とする酸化物半導体膜であって、前記金属酸化物が周期律表の第９族金属及び／又は第１３族金属を含み、膜中にｐ型ドーパントを含有し、ｐ型キャリア密度が１×１０１５／ｃｍ３以上であり、移動度が１ｃｍ２／Ｖｓ以上である酸化物半導体膜が得られることを見出し、このようにして得られた酸化物半導体膜が、バンドギャップの大きな酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）等を用いた半導体装置に有用であること等を知見し、上記した従来の課題を一挙に解決できるものであることを知見した。【０００９】
また、本発明者らは、上記知見を得たのち、さらに検討を重ね、本発明を完成させた。すなわち、本発明は以下の発明に関する。【００１０】
［１］  金属酸化物を主成分とする酸化物半導体膜であって、前記金属酸化物が周期律表の第９族金属及び／又は第１３族金属を含み、膜中にｐ型ドーパントを含有し、ｐ型キャリア密度が１×１０１５／ｃｍ３以上であり、移動度が１ｃｍ２／Ｖｓ以上であることを特徴とする酸化物半導体膜。
［２］  前記第９族金属がロジウム、イリジウム又はコバルトである［１］記載の酸化物半導体膜。
［３］  前記第１３族金属が、インジウム、アルミニウム及びガリウムから選ばれる１種又は２種以上の金属である［１］又は［２］に記載の酸化物半導体膜。
［４］  前記ｐ型ドーパントが、マグネシウムである［１］〜［３］のいずれかに記載の酸化物半導体膜。
［５］  少なくとも半導体層と電極を備えた半導体装置であって、［１］〜［４］のいずれかに記載の酸化物半導体膜が前記半導体層に用いられていることを特徴とする半導体装置。
［６］  ｐ型半導体層を備えた熱電変換素子を含み、前記ｐ型半導体層に［１］〜［４］のいずれかに記載の酸化物半導体が用いられている［５］記載の半導体装置。
［７］  さらに、ｎ型半導体層を備えており、前記ｎ型半導体層は、周期律表の第１３族金属を含む酸化物半導体を主成分とする［５］又は［６］に記載の半導体装置。
［８］  ［５］〜［７］のいずれかに記載の半導体装置を含むシステム。
［９］  周期律表の第９族金属及び／又は第１３族金属とｐ型ドーパントとを含む原料溶液を霧化してミストを生成し、ついで、キャリアガスを用いて、基体の表面近傍まで前記ミストを搬送した後、前記ミストを前記基体表面近傍にて酸素雰囲気下で熱反応させることにより、前記基体上に酸化物半導体膜を形成することを特徴とする酸化物半導体膜の製造方法。
［１０］  前記第９族金属がロジウム、イリジウム又はコバルトである［９］記載の製造方法。
［１１］  前記第１３族金属が、インジウム、アルミニウム及びガリウムから選ばれる１種又は２種以上の金属である［９］又は［１０］に記載の製造方法。
［１２］  前記ｐ型ドーパントが、マグネシウムである［９］〜［１１］のいずれかに記載の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の酸化物半導体膜は、良好な導電性を有しており、ｐ型半導体としての半導体特性に優れている。また、本発明の製造方法は、このような酸化物半導体膜を工業的有利に製造することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例において用いられる製膜装置（ミストＣＶＤ）の概略構成図である。
【図２】実施例におけるＸＲＤ測定結果を示す図である。
【図３】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４】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５】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６】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７】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８】発光素子（ＬＥＤ）の好適な一例を模式的に示す図である。
【図９】発光素子（ＬＥＤ）の好適な一例を模式的に示す図である。
【図１０】電源システムの好適な一例を模式的に示す図である。
【図１１】システム装置の好適な一例を模式的に示す図である。
【図１２】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１３】実施例におけるＳＩＭＳ測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１４】
本発明の酸化物半導体膜は、金属酸化物を主成分とする酸化物半導体膜であって、前記金属酸化物が周期律表の第９族金属及び／又は第１３族金属を含み、膜中にｐ型ドーパントを含有し、ｐ型キャリア密度が１×１０１５／ｃｍ３以上であり、移動度が１ｃｍ２／Ｖｓ以上であることを特長とする。「酸化物半導体膜」は、酸化物半導体からなる膜状のものであれば特に限定されず、結晶膜であってもよいし、非晶膜であってもよい。結晶膜である場合も、単結晶膜であってもよいし、多結晶膜であってもよい。本発明においては、前記酸化物半導体膜が混晶であるのが好ましい。「金属酸化物」は、金属元素と酸素とを含むものをいう。「主成分」とは、前記金属酸化物が、原子比で、ｐ型酸化物半導体の全成分に対し、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％であってもよいことを意味する。「周期律表」は、国際純正応用化学連合（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｕｎｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）（ＩＵＰＡＣ）にて定められた周期律表を意味する。「ｐ型キャリア密度」とは、ホール効果測定にて得られるｐ型半導体層中のキャリア密度をいう。本発明においては、前記ｐ型キャリア密度が、１×１０１７／ｃｍ３以上であるのが好ましく、１×１０１８／ｃｍ３以上であるのがより好ましい。また、前記移動度は、ホール効果測定にて得られる移動度をいい、本発明においては、前記移動度が３ｃｍ２／Ｖｓ以上であるのが好ましい。
【００１５】
前記ｐ型ドーパントとしては、例えば、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、Ｐ等及びこれらの２種以上の元素などが挙げられる。本発明においては、前記ｐ型ドーパントが、周期律表の第１族金属又は第２族金属であるのが好ましく、第２族金属であるのがより好ましく、マグネシウム（Ｍｇ）であるのが最も好ましい。
【００１６】
前記第９族金属としては、例えば、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、コバルト（Ｃｏ）等及びこれらの２種以上の金属などが挙げられるが、本発明においては、前記第９族金属がロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）又はコバルト（Ｃｏ）であるのが好ましく、ロジウム（Ｒｈ）であるのがより好ましい。
【００１７】
前記第１３族金属としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）及びこれらの２種以上の金属などが挙げられる。本発明においては、前記第１３族金属が、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）及びガリウム（Ｇａ）から選ばれる１種又は２種以上の金属であるのが好ましく、ガリウム又はアルミニウムを含む金属であるのがより好ましい。
【００１８】
前記酸化物半導体膜は、好適には、周期律表の第９族金属及び／又は第１３族金属とｐ型ドーパントとを含む原料溶液を霧化してミストを生成し（霧化工程）、ついで、キャリアガスを用いて、基体の表面近傍まで前記ミストを搬送した（搬送工程）後、前記ミストを前記基体表面近傍にて酸素雰囲気下で熱反応させることにより、前記基体上に酸化物半導体膜を形成すること（製膜工程）で得ることができる。
【００１９】
（霧化工程）
霧化工程は、前記原料溶液を霧化する。霧化手段は、原料溶液を霧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が好ましい。超音波を用いて得られたミストは、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。ミストの液滴のサイズは、特に限定されず、数ｍｍ程度であってもよいが、好ましくは５０μｍ以下であり、より好ましくは１００ｎｍ〜１０μｍである。
【００２０】
（原料溶液）
前記原料溶液は、周期律表の第９族金属及び／又は第１３族金属とｐ型ドーパントとを含んでいれば特に限定されず、無機材料が含まれていても、有機材料が含まれていてもよいが、本発明においては、周期律表の第９族金属及び／又は第１３族金属とｐ型ドーパントとを錯体又は塩の形態で有機溶媒または水に溶解又は分散させたものを原料溶液として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。
【００２１】
前記原料溶液の溶媒は、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の混合溶液であってもよい。本発明においては、前記溶媒が水を含むのが好ましく、水と酸の混合溶媒であるのも好ましい。前記水としては、より具体的には、例えば、純水、超純水、水道水、井戸水、鉱泉水、鉱水、温泉水、湧水、淡水、海水などが挙げられるが、本発明においては、超純水が好ましい。また、前記酸としては、より具体的には、例えば、塩酸、硝酸、硫酸等の無機酸、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸等の有機酸などが挙げられる。
【００２２】
（基体）
前記基体は、前記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。
【００２３】
前記基板は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、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、導電性基板であってもよい。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％であってもよいことを意味する。
【００２４】
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を主成分とする下地基板としては、サファイア基板（好ましくはｃ面サファイア基板）やα型酸化ガリウム基板などが好適な例として挙げられる。
【００２５】
（搬送工程）
搬送工程では、前記キャリアガスによって前記ミストを基体へ搬送する。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、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挙げられるが、本発明においては、キャリアガスとして酸素を用いるのが好ましい。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、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。
【００２６】
（製膜工程）
製膜工程では、前記ミストを前記基体表面近傍で反応させて、前記基体表面の一部または全部に製膜する。前記熱反応は、前記ミストから膜が形成される熱反応であれば特に限定されず、熱でもって前記ミスト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、あまり高すぎない温度以下が好ましい。本発明においては、前記熱反応を、７５０℃以下で行うのが好ましく、４００℃〜７５０℃の温度で行うのがより好ましい。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、酸素雰囲気下で行われるのが好ましく、大気圧下で行われるのも好ましく、酸素雰囲気下でかつ大気圧下で行われるのがより好ましい。なお、膜厚は、製膜時間を調整することにより、設定することができ、本発明においては、膜厚を１μｍ以上とするのが好ましい。
【００２７】
本発明においては、前記基体上にそのまま製膜してもよいが、前記基体上に、前記酸化物半導体膜の組成とは異なる組成の半導体層（例えば、ｎ型半導体層、ｎ＋型半導体層、ｎ−型半導体層等）や絶縁体層（半絶縁体層も含む）、バッファ層等の他の層を積層したのち、前記基体上に他の層を介して製膜してもよい。半導体層や絶縁体層としては、例えば、前記第９族金属及び／又は第１３族金属を含む半導体層や絶縁体層等が挙げられる。バッファ層としては、例えば、コランダム構造を含む半導体層、絶縁体層または導電体層などが好適な例として挙げられる。前記のコランダム構造を含む半導体層としては、例えば、α―Ｆｅ２Ｏ３、α―Ｇａ２Ｏ３、α―Ａｌ２Ｏ３などが挙げられる。前記バッファ層の積層手段は特に限定されず、前記した積層手段と同様であってよい。
【００２８】
上記のようにして得られる酸化物半導体膜は、ｐ型半導体層として半導体装置に用いることができる。とりわけ、パワーデバイスに有用である。また、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）に分類することができ、本発明においては、横型デバイスにも縦型デバイスにも好適に用いることができるが、中でも、縦型デバイスに用いることが好ましい。前記半導体装置としては、例えば、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）、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などが挙げられる。
【００２９】
前記酸化物半導体膜をｐ型半導体層に用いた例を図３〜９に示す。なお、ｎ型半導体は、前記酸化物半導体膜と同じ主成分であって、ｐ型ドーパントの代わりにｎ型ドーパントを含むものであってもよいし、前記酸化物半導体膜とは主成分等が異なるｎ型半導体であってもよい。
【００３０】
図３は、ｎ−型半導体層１０１ａ、ｎ＋型半導体層１０１ｂ、ｐ型半導体層１０２、金属層１０３、絶縁体層１０４、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バリアダイオード（ＳＢＤ）の好適な一例を示す。なお、金属層１０３は、例えばＡｌ等の金属からなり、ショットキー電極１０５ａを覆っている。図４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、ｐ型半導体層１２３、ゲート電極１２５ａ、ソース電極１２５ｂ、ドレイン電極１２５ｃおよび基板１２９を備えている高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の好適な一例を示す。
【００３１】
図５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。図６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、ｐ型半導体層１４２、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。図７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。
【００３２】
（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８に示す。図８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８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。
【００３３】
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。
【００３４】
図８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。
【００３５】
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。電極の成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。
【００３６】
なお、発光素子の別の態様を図９に示す。図９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。
【００３７】
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１０に電源システムの例を示す。図１０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１１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１２に示す。図１２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】
【００３８】
１．製膜装置
図１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、前駆体溶液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。【００３９】
２．原料溶液の作製
アルミニウムアセチルアセトナート１．６ｇ、ロジウムアセチルアセトナート０．０６ｇ、マグネシウムアセチルアセトナート０．５ｇ及び塩酸６ｍＬを、水５２０ｍＬと混合し、これを原料溶液とした。【００４０】
３．成膜準備
上記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、ｃ面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５５０℃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２Ｌ／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。【００４１】
４．膜形成
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、５５０℃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、製膜時間は１２時間であった。【００４２】
上記４．にて得られた膜について、ＳＩＭＳ分析、ＸＰＳ及びＸ線回析装置を用いて膜の同定を行ったところ、得られた膜は、ＡｌＲｈＯ膜であった。なお、ＸＲＤ測定結果を図２に示し、ＳＩＭＳ測定結果を図１３に示す。また、得られたＡｌＲｈＯ膜についてホール効果測定を行ったところ、キャリアタイプはｐ型であり、キャリア密度は７．７９×１０１８（／ｃｍ３）であり、移動度は３（ｃｍ２／Ｖ・ｓ）であった。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の酸化物半導体膜は、ｐ型半導体として有用であり、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、ｐ型の半導体特性に優れているため、特に、半導体装置等に有用である。
【符号の説明】
【００４４】
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
１０１ａ  ｎ−型半導体層
１０１ｂ  ｎ＋型半導体層
１０２    ｐ型半導体層
１０３    金属層
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
１２５ａ  ゲート電極
１２５ｂ  ソース電極
１２５ｃ  ドレイン電極
１２８    緩衝層
１２９    基板
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
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
１３８    緩衝層
１３９    半絶縁体層
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
１４２    ｐ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
【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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【図１３】
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【国際調査報告】
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