[发明专利]半导体装置或结晶

说明书

技术领域

本发明涉及适合用于电力用途的半导体装置或结晶。

背景技术

作为能够实现高耐压、低损失以及高耐热的下一代的开关元件，使用 带隙大的碳化硅(SiC)以及氮化镓(GaN)的半导体元件被认为是有希望的， 期待向反相器等电力用半导体装置中的应用。

特别是在以SiC作为材料的高耐压半导体装置中，正在进行与硅同样 地在基板表面上形成MOS结构的SiCMOSFET的开发。

但是，在SiC半导体装置和GaN半导体装置中，残存多个应该解决 的课题。其中，重大的课题是常闭型的元件结构困难的问题。

特别是在SiCMOSFET的MOS结构中，已知是由于难以形成良质的 绝缘膜引起的。这是由于，过度关注形成结晶性良好的半导体层，选择期 待结晶性好、良好的装置特性的SiC等半导体，而且，不断进行利用热氧 化等方法能够实现的绝缘膜的选择、成膜工艺的研究。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开平11-16900号公报

【非专利文献】

【非专利文献1】Materials Science Forum，Volumes600-603,p695―698

发明内容

【发明要解决的问题】

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供形成良好的绝缘膜 的半导体装置。

【用于解决问题的方法】

本发明为一种半导体装置或结晶，其特征在于，由具有刚玉型结晶结 构的底层基板、半导体层以及绝缘膜形成。在具有刚玉型结晶结构的材料 中包括多种氧化膜，不仅能够发挥作为绝缘膜的功能，而且底层基板、半 导体层以及绝缘膜全部具有刚玉型结晶结构，由此，能够在底层基板上实 现良质的半导体层、绝缘膜。具有刚玉型结晶结构的底层基板、半导体层 以及绝缘膜使用CVD成膜等方法进行结晶生长。

为了实现常闭型半导体装置，不仅要求形成良质的绝缘膜层，而且要 求在与具有不同组成的膜之间在关闭时没有形成电子累积(電子だまり)。 也已知具有刚玉型（corundum）结晶结构的材料在m轴及a轴等相对于c 轴而言垂直的方位极化极小。因此，在底层基板、半导体层以及绝缘膜中 存在的不同种材料界面上也不会发生电子累积，不会产生横向装置形成时 的电流泄漏。这是与GaN系材料中利用在不同种材料界面上产生的二维 电子气体完全不同的性质。

作为具有刚玉型结晶结构的材料，包括：蓝宝石(Al₂O₃)、氧化镓 (Ga₂O₃)、氧化铟(In₂O₃)、氧化铬(Cr₂O₃)、氧化铁(Fe₂O₃)、氧化钛(Ti₂O₃)、 氧化钒(V₂O₃)、氧化钴(Co₂O₃)，另外，也包括将这些多种材料组合而成的 混晶。

在将底层基板和半导体层通过由相同的半导体组成构成的同质外延 生长而形成的情况下，不会产生来自于晶格常数的不匹配的结晶缺陷，或 者半导体层的晶格常数在底层基板的晶格常数的±15%以内的范围内且通 过不同的外延生长形成的情况下，难以产生来自晶格常数的不匹配的结晶 缺陷。具有刚玉型结晶结构的材料的一部分具有比较大的带隙值，在通过 控制杂质种类以及杂质浓度作为半导体层并且绝缘层利用的情况下，能够 实现良好的特性。晶格常数差如果在5%以内，则更加难以产生来自晶格 常数的不匹配的结晶缺陷。