[发明专利]结晶性层叠结构体以及半导体装置

说明书

提供一种半导体特性好，特别地，导电性的易控制性好，能够在纵方向导通，具有良好的电学特性的结晶性层叠结构体。所述层叠结构体在所含主要成分为单轴取向的金属之金属层上，直接或介由其他层具备半导体层，并且所述半导体层所含主要成分为结晶性氧化物半导体，所述结晶性氧化物半导体是含有从镓、铟以及铝中选择的一种或两种以上的金属的氧化物半导体，并且是单轴取向的。

【技术领域】

本发明涉及半导体装置，特别地，涉及对于电力用或光接收/发送用半导体装置而言有用的结晶性层叠结构体以及由所述结晶性层叠结构体构成的半导体装置。

【背景技术】

作为可以实现高耐压、低损耗以及高耐热的第二代的转换器件(switchingdevices)，使用能带隙大的氧化镓(Ga₂O₃)的半导体装置受到关注，被期待适用于逆变器等电力用半导体装置。并且，由于具有宽的能带隙还被期待应用于LED或传感器等光接收/发送装置。根据非专利文献1(金子健太郎、“刚玉结构氧化镓类混晶薄膜的生长与物理性质”，京都大学博士论文，平成25年3月)，该氧化镓可以分别与铟或铝混合，或与两者混合成为混晶从而控制能带隙，并且作为InAlGaO类半导体，该氧化镓构成极具魅力的材料系统。在此所谓InAlGaO类半导体是指In_XAl_YGa_ZO₃(0≦X≦2、0≦Y≦2、0≦Z≦2、X+Y+Z＝1.5～2.5)，并且能够看作含有氧化镓的同一材料系统。

【发明内容】

作为用于实现使用这些InAlGaO类半导体的半导体装置的底层材料，研究了β氧化镓基板或蓝宝石基板。

根据专利文献1(国际公开第2013/035842号)，当使用β氧化镓基板时，可以容许氧化镓的同质外延生长，可以提高氧化铝镓薄膜的质量。然而，适用的基板尺寸存在限制，与硅或蓝宝石等已经进行大量生产的材料相比较，难以增大其直径。

根据专利文献2(国际公开第2013/035844号)以及专利文献3(日本特开2013－058636号公报)，当使用蓝宝石基板时，可以提高具有刚玉结构的Al_XGa_YO₃(0≦X≦2、0≦Y≦2、X+Y＝2)薄膜的质量，但难以提高β-gallia结构膜的质量。另外，由于蓝宝石是绝缘体，因此还存在电流不能在底层材料中流通的问题。此时，在底层材料上不能形成源极、漏极的任一电极，限制半导体装置的每单位面积的输出电流。当直径增大6英寸、8英寸时，这些直径增大后的蓝宝石的工业应用没有取得这么大的发展，因此存在能否安定地获取这样的不安，以及获取成本上升等问题。

另外，氧化镓或蓝宝石的低导热率也妨碍提高半导体装置的耐热性。

另外，底层材料的特性也引起涉及用于实现低损耗的半导体装置的电学特性的问题。例如，为了实现高耐压、低损耗的半导体装置，除了降低通道层的损耗之外，还需要降低通道层以外的损耗。例如，要求降低构成半导体装置的接触区域的损耗，另外，还要求在立式半导体装置中降低底层材料或底层材料与通道层之间的层的损耗。

此外，随着移动电话等的发展，在提高信息处理终端的每单位体积的处理能力的背景下，要求实现半导体装置的小型化，还存在使具有不同的功能的半导体装置复合化而减少半导体装置的个数的市场要求。在此，将使用有InAlGaO类半导体的半导体装置，与工业应用上不可抵挡地发展中的使用有Si的半导体装置或基板复合化，这一点被强烈地需求。即使使用其晶体成长技术目前被证实的氧化镓、蓝宝石基板的任意一个，这样的结合也需要更换底层材料等，难以实现。