(57)【要約】  半導体装置の電気的特性を向上させることが可能な技術を提供することを目的とする。半導体装置は、半導体素子が設けられた半導体装置であって、第１主面を有するｎ型単結晶酸化ガリウム層と、半導体素子の電極であって、ｎ型単結晶酸化ガリウム層の第１主面上、または、第１主面上方に配設された電極と、ｎ型単結晶酸化ガリウム層と電極との間に配設されたｐ型酸化物半導体層と、ｎ型単結晶酸化ガリウム層とｐ型酸化物半導体層との間に配設されたアモルファス酸化ガリウム層とを備える。
2020183645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が設けられた半導体装置であって、
第１主面を有するｎ型単結晶酸化ガリウム層と、
前記半導体素子の電極であって、前記ｎ型単結晶酸化ガリウム層の前記第１主面上、または、前記第１主面上方に配設された電極と、
前記ｎ型単結晶酸化ガリウム層と前記電極との間に配設されたｐ型酸化物半導体層と、
前記ｎ型単結晶酸化ガリウム層と前記ｐ型酸化物半導体層との間に配設されたアモルファス酸化ガリウム層と
を備える、半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記ｎ型単結晶酸化ガリウム層は、
ｎ型単結晶酸化ガリウム基板と、
前記ｎ型単結晶酸化ガリウム基板上に配設され、前記ｎ型単結晶酸化ガリウム基板と逆側に前記第１主面を有するｎ型単結晶酸化ガリウムエピタキシャル成長層とを含む、半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の半導体装置であって、
前記電極は、
前記ｎ型単結晶酸化ガリウム層の前記第１主面とショットキー接合され、前記ｐ型酸化物半導体層とオーミック接合されたアノード電極を含み、
前記ｎ型単結晶酸化ガリウム層の前記第１主面と逆側の第２主面とオーミック接合されたカソード電極をさらに備える、半導体装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体装置であって、
前記アノード電極とｐ型酸化物半導体層とは部分的に離間され、
前記ｐ型酸化物半導体層と前記アノード電極との間に配設されたフィールドプレート用絶縁層をさらに備える、半導体装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の半導体装置であって、
前記ｐ型酸化物半導体層の一部は、前記アノード電極の下部よりも前記半導体装置の終端側に位置する、半導体装置。
【請求項６】
請求項３または請求項４に記載の半導体装置であって、
前記第１主面のうち前記アノード電極と接する領域に凹部が設けられ、
前記ｐ型酸化物半導体層は、前記凹部内に配設され、
前記ｐ型酸化物半導体層及び前記ｎ型単結晶酸化ガリウム層はヘテロ接合を形成する、半導体装置。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載の半導体装置であって、
前記電極は、前記第１主面上方に配設されたゲート電極を含み、
前記ｐ型酸化物半導体層は、前記ゲート電極下の前記ｎ型単結晶酸化ガリウム層によって分離された第１ｐ型酸化物半導体層及び第２ｐ型酸化物半導体層を含み、
前記ゲート電極と、前記ゲート電極下の前記ｎ型単結晶酸化ガリウム層との間に配設されたゲート絶縁膜と、
前記第１ｐ型酸化物半導体層と接合されたソース電極と、
前記第２ｐ型酸化物半導体層と接合されたドレイン電極と
をさらに備える、半導体装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のうちのいずれか１項に記載の半導体装置であって、
前記ｐ型酸化物半導体層は、銅またはニッケルを含む酸化物を有する、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーエレクトロニクス（ｐｏｗｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ：略称パワエレ）は、電気の直流、交流または周波数などの変換などを迅速、かつ、効率的に行う技術である。パワエレでは、従来からの電力工学に加え、近年の半導体を基礎とした電子工学と制御工学とが融合された技術である。このようなパワエレは、今日では動力用、産業用、輸送用、さらには家庭用など、電気が使われるところには必ずといってよいほど応用されている。【０００３】
近年、全エネルギー消費に占める電気エネルギーの比率、すなわち、電力化率は、日本のみならず、世界的にみても上昇傾向が続いている。その背景として、近年では、電気の利用面において利便性及び省エネルギー性に優れた機器が開発され、電気の利用率が向上していることが挙げられる。これらの基礎を担っている技術が、パワエレ技術である。【０００４】
パワエレ技術は、変換対象となる電気の状態（例えば、周波数、電流または電圧の大きさなど）がいかなるものであれ、利用する機器に適した電気の状態に当該機器への入力を変換する技術であるともいえる。パワエレ技術における基本要素は、整流部及びインバータである。そして、それらの基礎をなすのが、半導体、ひいては半導体を応用したダイオードまたはトランジスタである。【０００５】
現在のパワエレ分野において、半導体整流素子であるダイオードは、電気機器をはじめとする、様々な用途に利用されている。そして、ダイオードは、幅広い範囲の周波数帯に応用されている。【０００６】
近年では、高耐圧、かつ、大容量の用途において、低損失、かつ、高周波数で動作可能なスイッチング素子などのトランジスタが開発され、実用化されている。また、半導体素子に用いられる材料もワイドギャップ材料に移行し、素子の高耐圧化が図られている。高耐圧化が図られる代表的な素子としては、ショットキーバリアダイオード（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  ｂａｒｒｉｅｒ  ｄｉｏｄｅ：略称ＳＢＤ）、または、ｐｎダイオード（ＰＮＤ）などがあり、これらのダイオードは、様々な用途に幅広く使われている。【０００７】
酸化ガリウムを半導体層に利用した素子として、特許文献１に例示されるようなＳＢＤが開発されている。一般的に、絶縁破壊強度の大きな半導体材料を用いたＳＢＤに逆方向電圧を印加すると、アノード電極と半導体材料層との間のリーク電流が大きくなってしまう。これに対して特許文献１のように、アノード電極の終端部に電解緩和構造を設けることにより、集中する電界を分散、緩和することができるので、素子の逆方向耐圧を向上させることが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１８／００４００８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に例示された酸化ガリウムを用いた半導体装置は、ガードリング構造及びフィールドプレート構造を有している。このようなこのような構造によれば、電界緩和効果による逆方向電圧耐性の向上が期待できる。しかしながら、ｐｎ接合を、半導体材料が互いに異なる異種酸化物半導体同士で構成する酸化物半導体装置では、ｐｎ接合界面を安定に形成することが困難な場合がある。特にｐｎ接合界面の不安定な状態が素子の電気的特性に与える影響は顕著となる。【００１０】
そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、半導体装置の電気的特性を向上させることが可能な技術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】
【００１１】
本発明に係る半導体装置は、半導体素子が設けられた半導体装置であって、第１主面を有するｎ型単結晶酸化ガリウム層と、前記半導体素子の電極であって、前記ｎ型単結晶酸化ガリウム層の前記第１主面上、または、前記第１主面上方に配設された電極と、前記ｎ型単結晶酸化ガリウム層と前記電極との間に配設されたｐ型酸化物半導体層と、前記ｎ型単結晶酸化ガリウム層と前記ｐ型酸化物半導体層との間に配設されたアモルファス酸化ガリウム層とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ｎ型単結晶酸化ガリウム層とｐ型酸化物半導体層との間に配設されたアモルファス酸化ガリウム層を備えるので、半導体装置の電気的特性を向上させることができる。【００１３】
本発明の目的、特徴、態様及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１に係る酸化物半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係る酸化物半導体装置の製造方法を概略的に示す断面図である。
【図３】実施の形態１に係る酸化物半導体装置の製造方法を概略的に示す断面図である。
【図４】実施の形態１に係る酸化物半導体装置の製造方法を概略的に示す断面図である。
【図５】実施の形態１に係る酸化物半導体装置の製造方法を概略的に示す断面図である。
【図６】実施の形態１に係る酸化物半導体装置の製造方法を概略的に示す断面図である。
【図７】実施の形態１に係る酸化物半導体装置の製造方法を概略的に示す断面図である。
【図８】実施の形態１に係る酸化物半導体装置の製造方法を概略的に示す断面図である。
【図９】実施の形態２に係る酸化物半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１０】実施の形態３に係る酸化物半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１１】実施の形態４に係る酸化物半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付される図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、図面は概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、適宜、構成の省略、または、構成の簡略化がなされるものである。また、異なる図面にそれぞれ示される構成などの大きさ及び位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得る。また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。
【００１６】
＜実施の形態１＞
以下、本実施の形態１に係る半導体装置である酸化物半導体装置、及び、酸化物半導体装置の製造方法について説明する。まず、本実施の形態１に係る酸化物半導体装置の構成について説明をする。
【００１７】
図１に例示される酸化物半導体装置は、本実施の形態１に係る酸化物半導体装置の構造を概略的に例示する断面図である。本実施の形態１に係る半導体装置では、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の終端構造にｐ型酸化物半導体層５及びフィールドプレート用誘電体層６がそれぞれ配設されている。
【００１８】
以下、本実施の形態１に係る酸化物半導体装置では、電極であるアノード電極７とカソード電極３とを有するＳＢＤが半導体素子として設けられているものとして説明する。しかしながら本実施の形態１に係る半導体素子は、ＳＢＤに限定されるものではなく、実施の形態４のようなトランジスタなど、他のパワーデバイス素子などであってもよい。
【００１９】
図１に例示される酸化物半導体装置は、上面（第１主面）と、上面と逆側の下面（第２主面）とを有するｎ型単結晶酸化ガリウム層を備えている。以下、ｎ型単結晶酸化ガリウム層が、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１（ｎ型酸化物半導体）と、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１上に配設されたｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２（ｎ型単結晶酸化ガリウムエピタキシャル成長層）とを含む例について説明する。
【００２０】
この例では、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１は、ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２と逆側に、ｎ型単結晶酸化ガリウム層の下面（第２主面）を有し、ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２は、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１と逆側に、ｎ型単結晶酸化ガリウム層の上面（第１主面）を有する。ただし、ｎ型単結晶酸化ガリウム層はこの例に限ったものではなく、例えばｎ型単結晶酸化ガリウム基板１及びｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２の一方だけを含んでもよい。
【００２１】
図１に例示される酸化物半導体装置では、アノード電極７が、ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２の上面上に配設され、当該上面と電気的にショットキー接合されている。また、図１に例示される酸化物半導体装置では、カソード電極３が、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１の下面上に配設され、当該下面と電気的にオーミック接合されている。
【００２２】
図１に例示される酸化物半導体装置は、ガリウム（Ｇａ）とは異なる元素を主成分として有し、ｐ型の導電性を有するｐ型酸化物半導体層５を備える。ｐ型酸化物半導体層５は、ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２とアノード電極７との間に配設されており、アノード電極７は、ｐ型酸化物半導体層５と電気的にオーミック接合している。ただし、アノード電極７とｐ型酸化物半導体層５とは部分的に離間している。
【００２３】
また、図１に例示される酸化物半導体装置は、ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２とｐ型酸化物半導体層５との間に配設され、これらを隔てるアモルファス酸化ガリウム層４を備える。なお、アモルファス酸化ガリウム層４は、ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２とｐ型酸化物半導体層５と直接的に接続されているが、それらの間に介在する材料によっては間接的に接続されてもよい。
【００２４】
アモルファス酸化ガリウムは、結晶のような長距離秩序を有さないため、アモルファス酸化ガリウム層４の原子の配列は、アモルファス酸化ガリウム層４と接合される層の格子の配列に比較的容易に合わせることができる。このようなアモルファス酸化ガリウム層４により、ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２とｐ型酸化物半導体層５との間のｐｎ接合、つまりそれぞれ格子定数の異なる材料からなるｐｎ接合の正常性を維持することができる。これにより、酸化物半導体装置の電気的特性を向上させることができる。また、ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２は、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１の結晶面方位と同じ面方位を有している。ｎ型単結晶酸化ガリウムはいつくかの面方位を有する結晶であり、それぞれの面方位により熱伝導率や電気的導電性が異なることが知られている。ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２とｐ型酸化物半導体層５との間のｐｎ接合界面にアモルファス酸化ガリウム層４を配設することにより、ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２の面方位の制約を受けにくい素子の作製が可能となる。これにより、目的の素子に対してｎ型単結晶酸化ガリウム基板１の面方位の選択肢が増えることが期待される。
【００２５】
図１に例示される酸化物半導体装置は、ｐ型酸化物半導体層５とアノード電極７との間に配設され、かつ終端構造においてｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２とアノード電極７との間に配設されたフィールドプレート用絶縁層であるフィールドプレート用誘電体層６を備える。フィールドプレート用誘電体層６とアノード電極７との積層部分がフィールドプレート構造を構成することによって、酸化物半導体装置に逆電圧が印加された際の酸化物半導体装置の耐圧を向上させる効果が期待できる。
【００２６】
また図１に例示される酸化物半導体装置では、ｐ型酸化物半導体層５の一部は、アノード電極７の下部よりも酸化物半導体装置の終端側に位置している。このような構成によれば、ｐ型酸化物半導体層５をＳＢＤのガードリングに利用することができるので、ＳＢＤの逆方向耐圧を高めることができる。
【００２７】
次に、上述した酸化物半導体装置の構成要素について、さらに詳細に説明する。
【００２８】
ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１は、Ｇａ２Ｏ３の単結晶からなるｎ型の酸化物半導体であり、より好ましくは、β−Ｇａ２Ｏ３の単結晶からなるｎ型の酸化物半導体である。ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１は、結晶中の酸素欠損によってｎ型の伝導性を示すため、ｎ型不純物を含まなくてもよいが、シリコン（Ｓｉ）または錫（Ｓｎ）などのｎ型不純物を含むものであってもよい。すなわち、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１は、酸素欠損のみでｎ型の伝導性を示すもの、ｎ型不純物のみでｎ型の伝導性を示すもの、及び、酸素欠損とｎ型不純物との両方でｎ型の伝導性を示すものうちのいずれであってもよい。
【００２９】
ｎ型不純物を含むｎ型単結晶酸化ガリウム基板１の電子キャリア濃度は、酸素欠損とｎ型不純物との合計の濃度となる。ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１の電子キャリア濃度は、例えば、１×１０Ｅ１７ｃｍ−３以上、かつ、１×１０Ｅ１９ｃｍ−３以下であってよい。また、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１とカソード電極３とのコンタクト抵抗を低減し、酸化物半導体装置自体の電気的抵抗を低減するために、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１の不純物濃度は、上述の数値範囲よりも高濃度であってもよい。
【００３０】
ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２は、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１の上面上に配設される。ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２は、Ｇａ２Ｏ３の単結晶からなるｎ型の酸化物半導体であり、より好ましくは、β−Ｇａ２Ｏ３の単結晶からなるｎ型の酸化物半導体である。ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２のｎ型電子キャリア濃度は、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１よりも低濃度であることが望ましく、例えば、１×１０Ｅ１５ｃｍ−３以上、かつ、１×１０Ｅ１７ｃｍ−３以下であってよい。
【００３１】
カソード電極３は、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１の下面上に配設される。カソード電極３は、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１とオーミック接合を形成するため、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１の仕事関数よりも仕事関数が小さい金属材料で構成されることが好ましい。また、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１の下面上にカソード電極３を形成した後の熱処理によって、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１とカソード電極３との電気的な接触抵抗が小さくなるような金属材料を用いてカソード電極３が構成されることが好ましい。
【００３２】
このような金属材料は、例えば、チタン（Ｔｉ）であってよい。また、カソード電極３は、複数の金属材料を積層して構成されてもよい。例えば、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１の下面に接触された酸化しやすい金属材料と、当該金属材料の下面上に形成された酸化しにくい金属材料とからなる積層構造によって、カソード電極３は構成されてもよい。例えば、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１に接触するＴｉからなる第１層を配設し、第１層の下面上に、金（Ａｕ）からなる第２層を配設することによってカソード電極３を構成してもよい。また、カソード電極３は、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１の下面の全体に配設されてもよく、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１の下面の一部に配設されてもよい。
【００３３】
アモルファス酸化ガリウム層４は、アモルファス構造のＧａ２Ｏ３からなる酸化物半導体の層である。アモルファス酸化ガリウム層４はｎ型の伝導性を示すｎ型酸化物半導体である。なお、アモルファス酸化ガリウム層４の不純物濃度は、上述したｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２と同程度であることが望ましい。
【００３４】
ｐ型酸化物半導体層５は、ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２の上面に、アモルファス酸化ガリウム層４を介して配設されている。ｐ型酸化物半導体層５は、酸化銅（Ｉ）（Ｃｕ２Ｏ）、酸化銀（Ａｇ２Ｏ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、または、酸化錫（ＳｎＯ）などのように、ｐ型不純物を添加しなくてもｐ型の伝導性を示すｐ型酸化物半導体で構成される。例えば、金属酸化物であるＣｕ２Ｏでは、Ｃｕの３ｄ軌道がホール伝導を担う価電子帯上端を形成しており、Ｃｕ欠損に起因して正孔が発現するため、Ｃｕ２Ｏはｐ型の伝導性を示す。そして、Ｃｕ２Ｏは酸化によってＣｕＯに変化した場合には、Ｃｕの３ｄ軌道が価電子帯上端を形成しなくなり、ｐ型の伝導性が消失すると考えられる。ｐ型酸化物半導体層５は、このような性質を有する金属酸化物からなるｐ型酸化物半導体で構成される。
【００３５】
ｐ型酸化物半導体層５は、上記のようにｐ型不純物を添加しなくてもｐ型の伝導性を示すｐ型酸化物半導体で構成されるが、ｐ型不純物を添加してもよい。例えば、ｐ型酸化物半導体層５がＣｕ２Ｏである場合には、窒素（Ｎ）をｐ型不純物として用いることができる。ｐ型酸化物半導体層５のホールキャリア濃度は、ｐ型不純物を添加していない場合には、ｐ型酸化物半導体層５の金属原子欠損の濃度であり、ｐ型不純物を添加した場合には、ｐ型酸化物半導体層５の金属原子欠損とｐ型不純物との合計の濃度である。
【００３６】
ｐ型酸化物半導体層５にｐ型不純物が添加されている場合には、ｐ型酸化物半導体の金属酸化物が酸化されてｐ型の伝導性を消失しても、ｐ型酸化物半導体層５全体としてはｐ型不純物によってｐ型の伝導性を示す場合がある。ただし、ｐ型酸化物半導体層５の金属酸化物が酸化されてその分のｐ型の伝導性を消失すると、ｐ型酸化物半導体層５全体のｐ型の伝導性が低下するので、ｐ型酸化物半導体層５の金属酸化物を酸化させないことが好ましい。
【００３７】
なお、ｐ型酸化物半導体層５の結晶状態は限定されるものではなく、例えば単結晶、多結晶、微結晶、非晶質のいずれであってもよい。
【００３８】
フィールドプレート用誘電体層６は、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）または酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）など材料で構成されている。これらの材料は、ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２を構成するＧａ２Ｏ３よりも絶縁破壊電界強度の大きな材料である。フィールドプレート用誘電体層６の層厚は数１００ｎｍ程度であってよく、例えば、１００ｎｍ以上、かつ、５００ｎｍ以下であってよい。酸化物半導体装置の逆方向耐圧を向上するためには、逆方向電圧が印加された際に、酸化物半導体装置の特定箇所に集中する電界を緩和または分散することが望まれる。フィールドプレート用誘電体層６は、酸化物半導体装置にかかる電界の集中点を緩和するために配設される。電界緩和効果をより向上するためには、フィールドプレート用誘電体層６の膜厚はできるだけ薄いほうが望まので、その膜厚は、例えば上記に示した数値よりも薄くてもよい。
【００３９】
アノード電極７は、ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２の上面上に配設される。アノード電極７は、ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２とショットキー接合されるため、ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２の仕事関数よりも仕事関数が大きい金属材料で構成されることが好ましい。さらに、アノード電極７は、ｐ型酸化物半導体層５とオーミック接合されるため、ｐ型酸化物半導体層５（ｐ型酸化物半導体材料、例えばＣｕ２Ｏ）の仕事関数よりも仕事関数が小さい金属材料で構成されることがより好ましい。
【００４０】
このような金属材料は、例えば、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、または、パラジウム（Ｐｄ）であってよい。アノード電極７は、カソード電極３と同様に積層構造であってもよい。例えば、ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２とのショットキー接合に適した金属材料からなる第１層を、ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２に接触させて配設し、第１層の上面上に、他の金属材料からなる第２層、さらには第３層を順に配設することによってアノード電極７を構成してもよい。
【００４１】
＜製造方法＞
次に、本実施の形態１に係る酸化物半導体装置の製造方法について説明する。
【００４２】
まず、図２に示すように、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１を準備する。ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１には、融液成長法で作製されたβ−Ｇａ２Ｏ３の単結晶バルクから基板状に切り出されたものを用いることができる。
【００４３】
次に、図３に示すように、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１の上面上に、エピタキシャル成長によってｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２を堆積させる。ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２は、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１の上面上に、有機金属化学気相堆積（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：略称ＭＯＣＶＤ）法、分子線エピタキシー（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ：略称ＭＢＥ）法、または、ハライド気相成長（Ｈａｌｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ：略称ＨＶＰＥ）法などの方法によって形成することができる。
【００４４】
次に、図４に示すように、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１の下面上に、蒸着法またはスパッタリング法によってカソード電極３となる金属材料を堆積させる。例えば、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）でＴｉ層をｎ型単結晶酸化ガリウム基板１の下面上に１００ｎｍの厚さで堆積させ、その後、電子ビーム蒸着でＡｇ層を３００ｎｍの厚さで当該Ｔｉ層の下面上に堆積させることによって、２層構造のカソード電極３を形成する。その後、例えば、窒素雰囲気または酸素雰囲気で５５０℃、かつ、５分間の熱処理を行う。この結果、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１とオーミック接合されたカソード電極３が、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１の下面上に形成される。なお、ｎ型単結晶酸化ガリウム基板１とカソード電極３との間のコンタクト抵抗を低下させるために、カソード電極３の形成前に、三塩化硼素（ＢＣｌ３）などのガスを用いたエッチング処理（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ：略称ＲＩＥ）をｎ型単結晶酸化ガリウム基板１の下面に行ってもよい。
【００４５】
次に、図５に示すように、ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２の上面上に、アモルファス酸化ガリウム層４を形成する。アモルファス酸化ガリウム層４の形成方法としては、次の２通りの方法がある。
【００４６】
一つ目の方法は、スパッタ法やパルスレーザー堆積法（Ｐｌｕｓｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：略称ＰＬＤ）、原子層堆積法（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：略称ＡＬＤ）等の方法を用いて、所望の物性のアモルファス酸化ガリウム層４を、ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２の上面に堆積させて形成する方法である。この形成方法としては、フォトリソグラフィを用いてレジストマスクを形成後、リフトオフ工程を経て形成する方法、または、アモルファス酸化ガリウム層４をｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２の上面前面に形成したのちにエッチング処理により形成する方法がある。
【００４７】
二つ目の方法は、ウェット処理またはドライ処理を用いて、ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２の上面の結晶状態を乱すことによりアモルファス化する方法である。この場合、フォトリソグラフィを用いてレジストマスクを形成し、アモルファス化の処理後にレジストを除去する方法と、ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２の上面前面をアモルファス化したのちに、エッチング処理により形成する方法がある。
【００４８】
次に、図６に示すように、図５に示したアモルファス酸化ガリウム層４の上面にｐ型酸化物半導体層５を形成する。例えば、Ｃｕ材料を原料としたスパッタ法において酸素分圧及び窒素分圧を調整することにより、ｐ型伝導性を有するＣｕ２Ｏ膜をｐ型酸化物半導体層５として形成することができるが、これに限定されるものではない。さらに、当該Ｃｕ２Ｏ膜に対するリフトオフ工程またはエッチング工程を経ることで、ｐ型酸化物半導体層５を形成することができる。
【００４９】
次に、図７に示すように、終端構造においてｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２及びｐ型酸化物半導体層５上にフィールドプレート用誘電体層６を形成する。例えば、ＳｉＯ２膜をフィールドプレート用誘電体層６として形成する方法としては、塗布ガラス（Ｓｐｉｎ−ｏｎ Ｇｌａｓｓ：略称ＳＯＧ）法や、有機ソースであるオルトケイ酸テトラエチル（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ  ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ：略称ＴＥＯＳ）を原料に用いたＣＶＤ法などが用いられる。
【００５０】
最後に、図８（図８は図１と同様の図）に示すように、フィールドプレート用誘電体層６から露出されたｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２及びｐ型酸化物半導体層５上と、フィールドプレート用誘電体層６上とにアノード電極７を形成する。アノード電極７の形成方法は特に限定されるものではなく、例えば金属材料を堆積させる蒸着法が用いられる。その一例として、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）でＰｔ層をｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２の上面に５０ｎｍの厚さで堆積させ、電子ビーム蒸着でＴｉ層を１００ｎｍの厚さで当該Ｐｔ層上に堆積させ、電子ビーム蒸着でＡｕ層を３００ｎｍの厚さで当該Ｔｉ層上に堆積させることによって、３層構造のアノード電極７を形成してもよい。これにより本実施の形態１に係る酸化物半導体装置が完成する。
【００５１】
＜実施の形態２＞
図９は、本発明の実施の形態２に係る酸化物半導体装置の構成を概略的に例示する断面図である。なお、本実施の形態２に係る酸化物半導体装置と、実施の形態１に示した酸化物半導体装置とには、終端構造に利用しているｐ型酸化物半導体層５がｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２の上面に配設されているか、上面から内部に埋設しているかの違いがある。
【００５２】
本実施の形態２では、ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２の上面のうちアノード電極７と接する領域の端部にトレンチなどの凹部が設けられている。そして、ｐ型酸化物半導体層５は、当該凹部内に配設され、ｐ型酸化物半導体層５及びｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２はヘテロ接合を形成している。なお、埋設されたｐ型酸化物半導体層５とｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２との間には、実施の形態１と同様にアモルファス酸化ガリウム層４が配設されている。トレンチなどの凹部は、例えば、ＢＣｌ３などのガスを用いたドライエッチング法を用いて、ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２の上部に形成することができるが、凹部の形成方法は特に限定されるものではない。なお、本実施の形態２に係る酸化物半導体装置の凹部以外の製造方法は、実施の形態１に係る酸化物半導体装置の製造方法と同様である。
【００５３】
以上のような本実施の形態２に係る酸化物半導体装置であっても、実施の形態１と同様に、酸化物半導体装置の電気的特性を向上させることができる。
【００５４】
＜実施の形態３＞
図１０は、本発明の実施の形態３に係る酸化物半導体装置の構成を概略的に例示する断面図である。なお、本実施の形態３に係る酸化物半導体装置の製造方法は、実施の形態２に係る酸化物半導体装置の製造方法と同様である。
【００５５】
実施の形態２に係る酸化物半導体装置（図９）では、ｐ型酸化物半導体層５がガードリングとして概ね終端構造に配設されていた。本実施の形態３に係る酸化物半導体装置（図１０）では、複数のｐ型酸化物半導体層５が終端構造だけではなく、素子部分にも配設されている。
【００５６】
つまり、本実施の形態３では、ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２の上面のうちアノード電極７と接する領域の端部だけでなく内部にもトレンチなどの凹部が設けられている。そして、ｐ型酸化物半導体層５は、当該凹部内に配設され、ｐ型酸化物半導体層５及びｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２はヘテロ接合を形成している。
【００５７】
以上の構成を換言すれば、互いに離間された複数のｐ型酸化物半導体層５が、フィールドプレート用誘電体層６から露出されたｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２の上面に埋設されている。そして、素子部分に配設されたｐ型酸化物半導体層５とｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２との間にもアモルファス酸化ガリウム層４が配設されている。
【００５８】
このように構成された本実施の形態３では、ｐｎ接合とショットキー接合とを組み合わせたＭＰＳ（Ｍｅｒｇｅｄ  Ｐｉｎ  Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）構造が配設されている。ＭＰＳ構造によれば、ＰＮＤのバイポーラ動作によって、定格を超える大きなサージ電流を小さな電圧降下で流すことができるという効果をＳＢＤ単体よりも高めることができる。そのため、本実施の形態３のようなＭＰＳ構造の酸化物半導体装置によれば、順方向サージ耐量が改善される。これにより、順方向電圧降下の増大が抑制され、かつ、順方向サージ耐量が高い整流機能を有する半導体装置が実現できる。また、逆方向電圧印加時には通常のＳＢＤと比較して、空乏層が電流方向と垂直方向に広がりやすくなるために耐圧の向上効果が期待できる。
【００５９】
＜実施の形態４＞
図１１は、本発明の実施の形態４に係る酸化物半導体装置の構成を概略的に例示する断面図である。実施の形態４に係る酸化物半導体装置に設けられた半導体素子は、上記実施の形態１〜３に記載したダイオードではなく、トランジスタである。
【００６０】
本実施の形態４に係る酸化物半導体装置は、電極として、アノード電極７の代わりに、ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２の上面上方に配設されたゲート電極９を備える。また、本実施の形態４に係る酸化物半導体装置は、ゲート電極９下のｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２によって分離された第１ｐ型酸化物半導体層５ａ及び第２ｐ型酸化物半導体層５ｂを、ｐ型酸化物半導体層として含む。
【００６１】
ゲート絶縁膜８は、ゲート電極９と、ゲート電極９下のｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層２との間に配設されている。ソース電極１０は、第１ｐ型酸化物半導体層５ａと接合され、ドレイン電極１１は、第２ｐ型酸化物半導体層５ｂと接合される。なお、ソース電極１０は、第１ｐ型酸化物半導体層５ａと直接的に接合されてもよいし間接的に接合されてもよい。同様に、ドレイン電極１１は、第２ｐ型酸化物半導体層５ｂと直接的に接合されてもよいし間接的に接合されてもよい。
【００６２】
本実施の形態４に係る酸化物半導体装置は横型素子であるため、縦型素子である実施の形態１〜３に係る酸化物半導体装置とは多少異なるが、各部の製膜方法等の製造方法は、実施の形態１〜３に係る酸化物半導体装置と同様である。なお、ゲート絶縁膜８の材料は特に限定されるものではなく、一般的な絶縁物であるＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２を利用できる。また、ソース電極１０及びドレイン電極１１の材料はｐ型酸化物半導体層５とオーミック接合できる金属であれば特に限定されるものではない。
【００６３】
以上のような本実施の形態４に係る酸化物半導体装置であっても、実施の形態１と同様に、酸化物半導体装置の電気的特性を向上させることができる。
【００６４】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【００６５】
本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【００６６】
１  ｎ型単結晶酸化ガリウム基板、２  ｎ型酸化ガリウムエピタキシャル成長層、３  カソード電極、４  アモルファス酸化ガリウム層、５  ｐ型酸化物半導体層、５ａ  第１ｐ型酸化物半導体層、５ｂ  第２ｐ型酸化物半導体層、６  フィールドプレート用誘電体層、７  アノード電極、８  ゲート絶縁膜、９  ゲート電極、１０  ソース電極、１１  ドレイン電極。
【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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【国際調査報告】
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