[发明专利]p型氧化物半导体膜及其形成方法

说明书

提供一种能够有用于工业且半导体特性优良的p型氧化物半导体膜；以及其形成方法。使用金属氧化物(例如氧化铱)的气体作为原料，以在具有金刚石结构的基体(例如蓝宝石基板等)上进行结晶成长，直至膜厚为50nm以上。由此，形成具有金刚石结构的p型氧化物半导体膜，其膜厚为50nm以上且其表面粗糙度为10nm以下。

技术领域

本发明关于p型氧化物半导体膜及其形成方法；以及使用该p型氧化物半导体膜的半导体装置及系统。

背景技术

作为可实现高耐压、低损失及高耐热的次世代开关元件，使用能隙大的氧化镓(Ga₂O₃)的半导体装置受到瞩目，而期待能够将其应用于反相器等的电力用半导体装置。而且因为宽能隙而被期待应用于LED或传感器等的受发光装置。该氧化镓，根据非专利文献1，通过分别与铟或铝，或是与其组合进行混晶而能够控制能隙，作为InAlGaO系半导体，构成极具魅力的材料系统。此处InAlGaO系半导体，系表示In_XAl_YGa_ZO₃(0≦X≦2，0≦Y≦2，0≦Z≦2，X+Y+Z＝1.5～2.5)，可概观为内含氧化镓的相同材料系统。

接着，近年来研究氧化镓系的p型半导体，例如，专利文献1中记载，若使用MgO(p型掺杂物源)以浮悬区熔法(FZ，Floating Zone)形成β-Ga₂O₃系结晶，可得到呈现p型导电性的基板。并且，专利文献2中，对于以分子束磊晶法(MBE，Molecular beam epitaxy)形成的α-(Al_xGa_1-x)₂O₃单晶膜进行离子注入而掺杂p型掺杂物，形成p型半导体。然而，这些方法中，p型半导体的制作难以实现(非专利文献2)，实际上并无报告指出由这些方法可成功制作p型半导体。因此，期望一种能够实现的p型氧化物半导体及其制造方法。

并且，如非专利文献3及非专利文献4所记载，虽也研究例如将Rh₂O₃或ZnRh₂O₄等用于p型半导体，但Rh₂O₃在成膜时原料浓度变得特别低，而具有影响成膜的问题，即便使用有机溶剂，也难以制作Rh₂O₃单晶。并且，即便实施霍尔效应测量，也无法判定为p型，而具有测量本身也无法进行的问题，并且，关于测量值，例如霍尔系数只能在测量界限(0.2cm³/C)以下，终究无法使用。并且，ZnRh₂O₄迁移率低且能隙也狭窄，因此具有无法用于LED及功率装置的问题，因此这些技术并未满足目前需求。

作为宽能隙半导体，除了Rh₂O₃及ZnRh₂O₄等以外，还对于p型的氧化物半导体进行各种研究。专利文献3中记载使用黑铜铁矿及氧硫属化物等作为p型半导体。然而，这些半导体，其迁移率为1cm²/V·s左右或是在其之下，电特性不佳，也具有无法顺利与α-Ga₂O₃等n型的次世代氧化物半导体进行pn接合的问题。

另外，以往已知有Ir₂O₃。例如，在专利文献4中记载使用Ir₂O₃作为铱催化剂。并且，专利文献5中记载将Ir₂O₃用于介电质。并且，专利文献6中记载将Ir₂O₃用于电极。然而，尚未知道有人将Ir₂O₃用于p型半导体，但最近本案申请人研究使用Ir₂O₃作为p型半导体而进行开发。

[专利文献1]日本特开2005-340308号公报