[发明专利]结晶膜、包括结晶膜的半导体装置以及制造结晶膜的方法

说明书

根据本发明主题的方面，结晶膜包括结晶金属氧化物作为主要组分，结晶膜包括刚玉结构、9μm²或更大的表面积和小于5×10⁶cm^‑2的位错密度。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年8月21日提交的第2017-158306号、于2018年3月19日提交的第2018-050516号和于2018年6月26日提交的第2018-120457号的日本专利申请的优先权权益，其公开内容通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本公开涉及结晶膜。而且，本公开涉及包括结晶膜的半导体装置。此外，本公开涉及用于制造结晶膜的方法。

背景技术

作为背景，已知氧化镓(Ga₂O₃)具有五种不同的多晶型，包括α相、β相、γ相、δ相和ε相(参见NPL1：Rustum Roy等，“Polymorphism of Ga₂O₃ and the System Ga₂O₃-H₂O”)。在这五种多晶型中，β-Ga₂O₃被认为是热力学上最稳定的，并且α-Ga₂O₃被认为是亚稳定的。氧化镓(Ga₂O₃)表现出宽带隙并且作为半导体装置的潜在半导体材料吸引较多的关注。

根据NPL 2，建议氧化镓(Ga₂O₃)的带隙能够通过与铟和/或铝形成混合晶体来控制(参见NPL 2：Kentaro KANEKO，“Fabrication and physical properties of corundum-structured alloys based on gallium oxide”，论文，京都大学，2013年3月，概述和内容于2014年1月31日对公众开放)。其中，由In_XAl_YGa_ZO₃(0≤X≤2，0≤Y≤2，0≤Z≤2，X+Y+Z＝1.5至2.5)表示的InAlGaO类半导体是极具吸引力的材料(参见PCT国际公开号WO2014/050793A1)。。

然而，由于β相是氧化镓的最稳定的相，因此难以在不使用合适的成膜方法的情况下形成亚稳定刚玉结构的氧化镓的结晶膜。而且，由熔融生长获得的块状基板不能用于为刚玉结构且亚稳定的α-Ga₂O₃。因此，具有与刚玉结构α-Ga₂O₃相同结构的蓝宝石基板用于在蓝宝石基板上形成α-Ga₂O₃，但是，蓝宝石和α-Ga₂O₃的晶格失配不小(Δa/a～4.5％，Δc/c～3.3％)，因此，在蓝宝石基板上异质外延生长的α-Ga₂O₃结晶膜倾向于包括高密度的位错。此外，还存在对加速成膜速度、提高α-相氧化镓的结晶膜和/或α-相氧化镓的混合晶体的结晶膜的质量、抑制晶体缺陷(包括发生裂缝、异常生长、晶体孪晶和/或结晶膜的弯曲)的进一步挑战。在这样的情况下，不间断地进行对刚玉结构的结晶半导体膜的研究。