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WO2022030647A2 - 酸化物半導体及び酸化物半導体を含む半導体装置 - Google Patents

酸化物半導体及び酸化物半導体を含む半導体装置 Download PDF

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WO2022030647A2
WO2022030647A2 PCT/JP2021/029574 JP2021029574W WO2022030647A2 WO 2022030647 A2 WO2022030647 A2 WO 2022030647A2 JP 2021029574 W JP2021029574 W JP 2021029574W WO 2022030647 A2 WO2022030647 A2 WO 2022030647A2
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WO
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oxide semiconductor
metal
semiconductor
layer
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亮平 菅野
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Flosfia Inc
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    • H10D8/60—Schottky-barrier diodes 
    • H10P14/60—

Definitions

  • the present invention relates to an oxide semiconductor and relates to an oxide semiconductor having p-type electrical conductivity.
  • the present invention also relates to semiconductor devices and / or systems including oxide semiconductors.
  • the present invention relates to a method for forming an oxide semiconductor having p-type electrical conductivity.
  • gallium oxide Ga 2 O 3
  • the gallium oxide can control the bandgap by mixing indium and aluminum individually or in combination, and constitutes an extremely attractive material system as an InAlGaO-based semiconductor. ..
  • Patent Document 2 gallium oxide-based p-type semiconductors have been studied.
  • ⁇ -Ga 2 O 3 -based crystals are obtained by the FZ method using MgO (p-type dopant source). It is described that a substrate exhibiting p-type conductivity can be obtained by forming the substrate.
  • Patent Document 3 describes that a p-type dopant is ion-implanted into an ⁇ - (Al x Ga 1-x ) 2 O 3 single crystal film formed by the MBE method to form a p-type semiconductor. ..
  • Non-Patent Document 1 Non-Patent Document 1
  • a feasible p-type oxide semiconductor and a method for producing the same have been long-awaited.
  • Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3 it is also considered to use, for example, Rh 2 O 3 or Zn Rh 2 O 4 for a p-type semiconductor, but Rh 2 O 3 is a method.
  • Rh 2 O 3 is a method.
  • the concentration of the raw material becomes particularly thin at the time of film formation, which affects the film formation, and it is difficult to produce a Rh 2 O 3 single crystal even if an organic solvent is used.
  • the Hall effect measurement even if the Hall effect measurement is performed, it is not determined to be p-type, and there is a problem that the measurement itself is not possible.
  • the Hall coefficient is the measurement limit (0.2 cm 3 /). C) There were only the following, and it was not usable at all. Further, since ZnRh 2 O 4 has low mobility and a narrow band gap, there is a problem that it cannot be used for LEDs and power devices, and these are not always satisfactory.
  • Patent Document 4 describes that delafosite, oxycalcogenide, etc. are used as a p-type semiconductor.
  • these semiconductors have a mobility of about 1 cm 2 / V ⁇ s or less, poor electrical characteristics, and a narrow bandgap. Therefore, n-type next-generation oxides such as ⁇ -Ga 2 O 3 are present.
  • pn junctions with semiconductors could not be performed well.
  • Patent Document 5 describes that Ir 2 O 3 is used as an iridium catalyst.
  • Patent Document 6 describes that Ir 2 O 3 is used as a dielectric.
  • Patent Document 7 describes that Ir 2 O 3 is used for the electrode.
  • Patent Documents 8 to 11 Further, regarding the mixed crystal of Ir 2 O 3 and the oxide of Group 13 of the Periodic Table, a sufficiently satisfactory one has not been obtained yet. For example, a mixed crystal of a p-type oxide having a band gap of 3.4 eV or more is obtained. Akira was long-awaited.
  • the present inventors have used a cold wall type solution containing both an organic complex of the 9th metal of the periodic table and an organic complex of the 13th metal of the periodic table. It is a mixed crystal containing two or more metals, which was difficult in the past when the film was formed by the mist CVD device of the above.
  • the mixed crystal containing at least a second metal selected from Group 13 is contained as a main component, and the second metal occupies 40% or more in atomic ratio in all the metals contained in the mixed crystal. It was found that it is possible to form an oxide semiconductor having p-type electrical conductivity, and it was found that such an oxide semiconductor can solve the above-mentioned conventional problems at once. I found it.
  • the present invention relates to the following invention.
  • the second metal occupies 40% or more of the atomic ratio of all the metals contained in the mixed crystal, and has p-type electrical conductivity.
  • the semiconductor device according to any one of [9] to [13], wherein the n-type oxide semiconductor contains an n-type ⁇ -Ga 2 O 3 .
  • the oxide semiconductor of the present invention is industrially useful and has excellent semiconductor characteristics.
  • FIG. 1 It is a schematic block diagram of the film forming apparatus (mist CVD apparatus) used in an Example.
  • the gallium to iridium ratio in the raw material solution in the examples, the gallium ratio (%) and the iridium ratio (%) in the film of the obtained crystalline oxide semiconductor, and the semiconductor type are shown.
  • FIG. 3 The horizontal axis represents the diffraction angle (deg.), And the vertical axis represents the diffraction intensity (cps).
  • SBD Schottky barrier diode
  • HEMT high electron mobility transistor
  • PWM metal oxide film semiconductor field effect transistor
  • JFET junction field effect transistor
  • IGBT insulated gate type bipolar transistor
  • LED light emitting element
  • LED light emitting element
  • PWM metal oxide film semiconductor field effect transistor
  • HBT heterojunction type bipolar transistor
  • PWM metal oxide film semiconductor field effect transistor
  • the oxide semiconductor having p-type electric conductivity is a metal containing two or more metals. Contains mixed crystals of oxides as the main component.
  • the mixed crystal contains at least a first metal selected from Group 9 of the Periodic Table and a second metal selected from Group 13 of the Periodic Table. In all the metals contained in the mixed crystal, the second metal occupies 40% or more in atomic ratio.
  • the oxide semiconductor may have a film shape.
  • "having p-type electrical conductivity" means that the electrical conductive type determined by the Hall effect measurement is p-type.
  • the mixed crystals contained in the oxide semiconductor having p-type electric conductivity are present. It preferably has a corundum structure.
  • the "mixed crystal having a corundum structure” means a crystal of a metal oxide containing at least two kinds of metals, and the crystal structure as the mixed crystal has a corundum structure. Further, in the embodiment of the present invention, it is preferable that the mixed crystal is a single crystal film.
  • Main of the oxide semiconductor having p-type electrical conductivity (hereinafter, also referred to as "p-type oxide semiconductor", “p-type oxide semiconductor film” and / or “p-type oxide semiconductor layer”).
  • p-type oxide semiconductor p-type oxide semiconductor film
  • p-type oxide semiconductor layer p-type oxide semiconductor layer
  • the mixed crystal contained as a component at least one metal selected from Group 9 of the periodic table is used as the first metal, and at least one metal selected from Group 13 of the periodic table is used as the second metal. It is not particularly limited as long as it is a mixed crystal of a metal oxide contained as a metal. In the embodiment of the present invention, it is preferable that the mixed crystal has a corundum structure.
  • the "main component” means that the mixed crystal metal oxide has an atomic ratio of preferably 50% or more, more preferably 70% or more, still more preferably 90, based on all the components of the p-type oxide semiconductor film. It means that it is contained in% or more, and it means that it may be 100%.
  • the oxide semiconductor having p-type electric conductivity is selected from cobalt (Co), rhodium (Rh), and iridium (Ir) as the first metal.
  • the second metal it is preferable to contain a mixed crystal of a metal oxide containing a metal selected from aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In) as a main component.
  • Metal oxide containing iridium and gallium refers to one containing iridium element, gallium element and oxygen, but in the present invention, Ir 1-x Ga x O 3 (0.4 ⁇ X). ⁇ 1) is preferable, and ⁇ -Ir 1-x Ga x O 3 (0.4 ⁇ X ⁇ 1) is more preferable.
  • the second metal is not particularly limited as long as it occupies 40% or more in atomic ratio in all the metals contained in the mixed crystal, but in the embodiment of the present invention, the mixed crystal is used. It is preferable that the second metal (for example, gallium or the like) is in the range of 40% or more and 70% or less in atomic ratio among all the metals contained in. By setting the content of the second metal in such a preferable range, an oxide semiconductor having p-type electrical conductivity and a higher bandgap was obtained. In this case, in all the metals contained in the mixed crystal, the first metal is in the range of 30% or more and 60% or less in atomic ratio.
  • Such mixed crystals are excellent in heat resistance of p-type semiconductor characteristics, they can be applied industrially advantageously to power devices and the like, as well as band gaps such as gallium oxide or mixed crystals thereof. By combining with a large n-type oxide semiconductor, the electrical characteristics and reliability of the semiconductor device can be further improved.
  • Periodic Table means the Periodic Table defined by the International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC).
  • the “Group 2 metal” may be any Group 2 metal in the periodic table, and examples of the Group 2 metal include beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), and strontium (C). Sr), barium (Ba) or two or more of these metals and the like can be mentioned.
  • the “Group 9 metal” may be any Group 9 metal in the periodic table, and examples of such Group 9 metal include iridium (Ir), cobalt (Co), rhodium (Rh) or these. Two or more kinds of metals and the like can be mentioned.
  • the “group 13 metal” is not particularly limited as long as it is a group 13 metal in the periodic table, and examples of the group 13 metal include aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), and the like. Talium (Tl) or two or more kinds of metals thereof and the like can be mentioned, but in the present invention, one kind or two or more kinds selected from aluminum (Al), gallium (Ga) and indium (In) are preferable.
  • the p-type oxide semiconductor of the present invention is preferably obtained by the following method, but such a method for producing a p-type oxide semiconductor is also novel and useful, and is included as one of the present inventions.
  • the method for producing a p-type oxide semiconductor is a method for producing a p-type electrically conductive oxide semiconductor containing a mixed crystal of a metal oxide as a main component, for example, FIG. 1.
  • a raw material solution containing iridium and gallium is atomized to suspend droplets to generate atomized droplets (including mist) (atomization step), and carriers are used.
  • the atomized droplets are conveyed to the surface of the substrate by the gas (transportation step), and then the atomized droplets are thermally reacted to form a metal oxide containing iridium and gallium on the surface of the substrate. It is characterized by forming mixed crystals (film forming process).
  • the atomization step atomizes a raw material solution containing at least two metals, iridium and gallium.
  • the raw material solution may further contain other metals if desired.
  • the atomization method is not particularly limited as long as the raw material solution can be atomized, and may be a known method, but in the present invention, the atomization method using ultrasonic waves is preferable.
  • Atomized droplets obtained using ultrasonic waves are preferable because they have a zero initial velocity and float in the air. For example, instead of spraying like a spray, they float in space and are transported as a gas. It is very suitable because it is a possible atomized droplet and is not damaged by collision energy.
  • the size of the atomized droplet is not particularly limited and may be about several mm, but is preferably 50 ⁇ m or less, and more preferably 100 nm to 10 ⁇ m.
  • the raw material solution is not particularly limited as long as it contains iridium and gallium, and may contain an inorganic material or an organic material. Further, the raw material solution may further contain other metals, if desired. When the raw material solution contains iridium and gallium and other metals, the other metals are group 2 metals in the periodic table, group 9 metals other than iridium and / or group 13 metals other than gallium. Is preferable. Further, the raw material solution may contain iridium and gallium, or the raw material solution containing iridium and the raw material solution containing gallium are separately subjected to an atomization step and subjected to a transfer step or a film forming step.
  • the iridium-containing atomized droplets and the gallium-containing atomized droplets obtained from the respective raw material solutions may be merged.
  • iridium and, if desired, other metals dissolved or dispersed in an organic solvent or water in the form of a complex or salt can be suitably used as the raw material solution.
  • the form of the complex include an acetylacetonate complex, a carbonyl complex, an ammine complex, and a hydride complex.
  • the salt form examples include organic metal salts (for example, metal acetate, metal oxalate, metal citrate, etc.), metal sulfide salts, nitrified metal salts, phosphorylated metal salts, and halogenated metal salts (for example, metal chloride). Salts, metal bromide salts, metal iodide salts, etc.) and the like. According to the mist CVD method used in the embodiment of the present invention, a film can be suitably formed even if the raw material concentration is low.
  • the solvent of the raw material solution is not particularly limited, and may be an inorganic solvent such as water, an organic solvent such as alcohol, or a mixed solution of an inorganic solvent and an organic solvent.
  • the solvent preferably contains water, and it is also preferable that the solvent is a mixed solvent of water and acid. More specific examples of the water include pure water, ultrapure water, tap water, well water, mineral spring water, mineral water, hot spring water, spring water, fresh water, seawater, and the like. Ultrapure water is preferred.
  • the acid includes organic acids such as acetic acid, propionic acid, and butanoic acid; boron trifluoride, boron trifluoride etherate, boron trichloride, boron tribromide, and trifluoroacetic acid. , Trifluoromethanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid and the like, but in the embodiment of the present invention, acetic acid is preferable.
  • the substrate is not particularly limited as long as it can support the p-type oxide semiconductor.
  • the material of the substrate is not particularly limited as long as it does not impair the object of the present invention, and may be a known substrate, an organic compound, or an inorganic compound.
  • the shape of the substrate may be any shape and is effective for any shape, for example, plate-like, fibrous, rod-like, columnar, prismatic, such as a flat plate or a disk. Cylindrical, spiral, spherical, ring-shaped and the like can be mentioned, but in the present invention, a substrate is preferable.
  • the thickness of the substrate is not particularly limited in the present invention. Further, as the substrate, another layer such as a buffer layer may be laminated on the substrate as described later. A semiconductor layer having different electric conductivity may be included and used as a substrate.
  • the substrate is not particularly limited as long as it has a plate shape and serves as a support for the p-type oxide semiconductor. It may be an insulator substrate, a semiconductor substrate, or a conductive substrate, but the substrate is preferably an insulator substrate and has a metal film on the surface. It is also preferable that it is a substrate. Preferred examples of the substrate include a substrate having a corundum structure.
  • the substrate material is not particularly limited and may be known as long as it does not interfere with the object of the present invention.
  • the substrate having the corundum structure examples include a base substrate containing a substrate material having a corundum structure as a main component, and more specifically, for example, a sapphire substrate (preferably a c-plane sapphire substrate) or an ⁇ -type substrate.
  • a gallium oxide substrate examples include a gallium oxide substrate.
  • the "main component” means that the substrate material having the specific crystal structure has an atomic ratio of preferably 50% or more, more preferably 70% or more, still more preferably 90% with respect to all the components of the substrate material. It means that it is contained in% or more, and it means that it may be 100%.
  • the mist is transferred to the substrate by the carrier gas.
  • the type of carrier gas is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, and examples thereof include an inert gas such as oxygen, ozone, nitrogen and argon, and a reducing gas such as hydrogen gas and forming gas.
  • the carrier gas in which oxygen is used include air, oxygen gas, ozone gas and the like, but oxygen gas and / or ozone gas is particularly preferable.
  • the type of the carrier gas may be one type, but may be two or more types, and a diluted gas having a changed carrier gas concentration (for example, a 10-fold diluted gas or the like) may be used as the second carrier gas. Further may be used. Further, the carrier gas may be supplied not only at one place but also at two or more places.
  • the carrier gas is preferably provided in the atomization chamber. It is more preferable to provide a supply point for the diluted gas and to provide a supply point for the diluted gas in the supply pipe.
  • the flow rate of the carrier gas is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 20 L / min, more preferably 1 to 10 L / min.
  • the flow rate of the diluted gas is preferably 0.001 to 2 L / min, more preferably 0.1 to 1 L / min.
  • the mist is reacted in the vicinity of the surface of the substrate to form a film on a part or all of the surface of the substrate.
  • the thermal reaction is not particularly limited as long as it is a thermal reaction in which a film is formed from the atomized droplets, and it may be sufficient if the mist reacts with heat, as long as the reaction conditions and the like do not hinder the object of the present invention. Not particularly limited.
  • the thermal reaction is usually carried out at a temperature equal to or higher than the evaporation temperature of the solvent, but is preferably not too high or lower. In the present invention, the thermal reaction is preferably carried out at 1200 ° C.
  • the thermal reaction may be carried out under any of vacuum, non-oxygenic atmosphere, reducing gas atmosphere and oxidizing atmosphere as long as the object of the present invention is not impaired, and the thermal reaction may be carried out under atmospheric pressure or pressure. It may be carried out under either reduced pressure or reduced pressure, but in the present invention, it is preferably carried out under an oxidizing atmosphere, preferably under atmospheric pressure, and under an oxidizing atmosphere and under atmospheric pressure. It is more preferable to be carried out in.
  • the "oxidizing atmosphere” is not particularly limited as long as it is an atmosphere in which crystals or mixed crystals of a metal oxide containing iridium can be formed by the thermal reaction.
  • a carrier gas containing oxygen or a mist composed of a raw material solution containing an oxidizing agent may be used to create an oxidizing atmosphere.
  • the film thickness can be set by adjusting the film forming time, and in the present invention, the film thickness is preferably 1 nm to 1 mm, and the semiconductor characteristics are more preferably 1 nm to 100 ⁇ m. It is more preferable because it improves, and most preferably 1 nm to 10 ⁇ m.
  • a film may be formed on the substrate as it is, but a semiconductor layer different from the p-type oxide semiconductor layer (for example, an n-type semiconductor layer or an n + type semiconductor layer) may be formed on the substrate as it is. , N-type semiconductor layer and the like), an insulator layer (including a semi-insulator layer), a buffer layer and the like may be laminated, and then a film may be formed on the substrate via the other layer.
  • the semiconductor layer and the insulator layer include a semiconductor layer and an insulator layer containing the Group 13 metal.
  • a semiconductor layer containing a corundum structure, an insulator layer, a conductor layer, or the like can be mentioned as a suitable example.
  • the semiconductor layer containing the corundum structure include ⁇ -Fe 2 O 3 , ⁇ -Ga 2 O 3 , and ⁇ -Al 2 O 3 .
  • the method for laminating the buffer layer is not particularly limited, and may be the same as the method for forming the p-type oxide semiconductor. In the present invention, it is preferable to form the n-type semiconductor layer before or after the p-type semiconductor layer is formed.
  • the n-type semiconductor layer preferably contains an oxide semiconductor as a main component, and is a group 2 metal (for example, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, etc.) and a group 9 metal (for example, Co, Rh) in the periodic table. , Ir, etc.) or an oxide semiconductor containing a Group 13 metal (for example, Al, Ga, In, Tl, etc.) as a main component.
  • a group 2 metal for example, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, etc.
  • a group 9 metal for example, Co, Rh
  • the n-type semiconductor layer preferably contains a crystalline oxide semiconductor as a main component, more preferably contains a crystalline oxide semiconductor containing Ga as a main component, has a corundum structure, and contains Ga. Most preferably, the main component is a crystalline oxide semiconductor. Further, in the present invention, the lattice constant difference between the oxide semiconductor which is the main component of the n-type semiconductor and the p-type oxide semiconductor is 1.0% or less, which also forms a good pn junction. It is preferable, and it is more preferably 0.3% or less.
  • the "lattice constant difference” is a value obtained by subtracting the lattice constant of the p-type oxide semiconductor from the lattice constant of the oxide semiconductor which is the main component of the n-type semiconductor of the p-type oxide semiconductor. It is defined as a value (%) obtained by multiplying the absolute value of the value divided by the lattice constant by 100.
  • An example of the case where the lattice constant difference is 1.0% or less is the case where the p-type oxide semiconductor has a corundum structure and the oxide semiconductor which is the main component of the n-type semiconductor also has a corundum structure.
  • the p-type oxide semiconductor is a single crystal or a mixed crystal of Ir 2 O 3
  • the oxide semiconductor which is the main component of the n-type semiconductor is a single Ga 2 O 3 .
  • the case where it is a crystal or a mixed crystal is mentioned.
  • the n-type semiconductor layer before or after the formation of the p-type semiconductor layer. More specifically, in the method for manufacturing the semiconductor device, it is preferable to include at least a step of laminating a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer.
  • the method for forming the n-type semiconductor layer is not particularly limited and may be a known method, but in the present invention, the mist CVD method is preferable.
  • the n-type semiconductor layer preferably contains an oxide semiconductor as a main component, and the oxide semiconductor containing a Group 13 metal (for example, Al, Ga, In, Tl, etc.) in the periodic table is the main component. More preferred.
  • the n-type semiconductor layer preferably contains a crystalline oxide semiconductor as a main component, more preferably contains a crystalline oxide semiconductor containing Ga as a main component, has a corundum structure, and contains Ga. Most preferably, the main component is a crystalline oxide semiconductor. Further, in the present invention, the lattice constant difference between the oxide semiconductor which is the main component of the n-type semiconductor and the p-type oxide semiconductor is 1.0% or less, which also forms a good pn junction. It is preferable, and it is more preferably 0.3% or less.
  • the "lattice constant difference” is a value obtained by subtracting the lattice constant of the p-type oxide semiconductor from the lattice constant of the oxide semiconductor which is the main component of the n-type semiconductor of the p-type oxide semiconductor. It is defined as a value (%) obtained by multiplying the absolute value of the value divided by the lattice constant by 100.
  • An example of the case where the lattice constant difference is 1.0% or less is the case where the p-type oxide semiconductor has a corundum structure and the oxide semiconductor which is the main component of the n-type semiconductor also has a corundum structure.
  • the p-type oxide semiconductor is a single crystal or a mixed crystal of Ir 2 O 3
  • the oxide semiconductor which is the main component of the n-type semiconductor is a single Ga 2 O 3 .
  • the "main component” contains the oxide semiconductor in an atomic ratio of preferably 50% or more, more preferably 70% or more, still more preferably 90% or more with respect to all the components of the n-type semiconductor layer. It means that it may be 100%.
  • the p-type oxide semiconductor is preferably a single crystal.
  • the p-type oxide semiconductor film obtained by the above-mentioned suitable forming method is industrially useful and has excellent electrical characteristics. More specifically, the mobility is usually 1.0 cm 2 / V ⁇ s or more.
  • the mobility refers to the mobility obtained by measuring the Hall effect, and in the embodiment of the present invention, the mobility is preferably 3.0 cm 2 / Vs or more.
  • the p-type oxide semiconductor film has a carrier density of 8.0 ⁇ 10 20 / cm 3 or more.
  • the carrier density refers to the carrier density in the semiconductor film obtained by the Hall effect measurement.
  • the lower limit of the carrier density is not particularly limited, but is preferably about 1.0 ⁇ 10 15 / cm 3 or more, and more preferably about 1.0 ⁇ 10 17 / cm 3 or more.
  • the carrier density is 1.0 ⁇ 10 16 / cm 3 to 1.0 ⁇ 10 20 / cm 3 by adjusting the type and amount of the dopant, the mixed crystal material, and the content thereof. It can be easily controlled within the range of.
  • the p-type oxide semiconductor film obtained as described above can be used in a semiconductor device as a p-type semiconductor layer, and is particularly useful for power devices.
  • a semiconductor device By using the p-type oxide semiconductor film in a semiconductor device, roughness scattering can be suppressed and the channel mobility of the semiconductor device can be improved.
  • Semiconductor devices are classified into horizontal elements (horizontal devices) in which electrodes are formed on one side of the semiconductor layer, and vertical elements (vertical devices) in which electrodes are provided on both the front and back sides of the semiconductor layer. In the present invention, it can be suitably used for both horizontal and vertical devices, but it is particularly preferable to use it for vertical devices.
  • Examples of the semiconductor device include a shot key barrier diode (SBD), a junction barrier shot key diode (JBS), a metal semiconductor field effect transistor (MESFET), a high electron mobility transistor (HEMT), and a metal oxide film semiconductor field effect transistor. (MOSFET), electrostatic induction transistor (SIT), junction field effect transistor (JFET), isolated gate type bipolar transistor (IGBT), light emitting diode and the like.
  • SBD shot key barrier diode
  • JBS junction barrier shot key diode
  • MESFET metal semiconductor field effect transistor
  • HEMT high electron mobility transistor
  • MOSFET metal oxide film semiconductor field effect transistor
  • MOSFET electrostatic induction transistor
  • JFET junction field effect transistor
  • IGBT isolated gate type bipolar transistor
  • Figures 4 to 10 show examples of using the p-type oxide semiconductor film for the p-type semiconductor layer.
  • the n-type semiconductor may have the same main component as the p-type oxide semiconductor and may contain an n-type dopant, or may be an n-type semiconductor having a different main component and the like from the p-type oxide semiconductor. May be good. Further, the n-type semiconductor is appropriately used as an n-type semiconductor layer, an n + type semiconductor layer, or the like by adjusting the content of the n-type dopant, for example.
  • FIG. 4 shows a semiconductor device as one of the embodiments of the present invention.
  • the semiconductor device in the present embodiment includes a n-type semiconductor layer 101a, an n + type semiconductor layer 101b, a p-type semiconductor layer 102, a metal layer 103, an insulator layer 104, a Schottky electrode 105a, and a Schottky electrode 105b.
  • a suitable example of a barrier diode (SBD) is shown.
  • the SBD of FIG. 4 has a trench 70 having an arc portion, and the p-type semiconductor layer 102 is embedded in the trench 70.
  • An arc portion 70c is provided between the bottom surface 70a and the side surface 70b of the trench 70, the radius of curvature of the arc portion is within the range of 100 nm to 500 nm, the electric field relaxation effect is excellent, and the on-resistance is lowered. Can be done.
  • the depletion layer (not shown) satisfactorily spreads in the n-type semiconductor layer 101a as the crystalline oxide semiconductor layer due to the stress relaxation action of the arc portion of the trench 70. Therefore, the SBD has a high withstand voltage.
  • the ohmic electrode 105b located on the opposite second surface side of the first surface side of the crystalline oxide semiconductor layer is located on the first surface side of the crystalline oxide semiconductor layer. Electrons flow to the shot key electrode 105a.
  • the SBD using the semiconductor structure in this way is excellent for high withstand voltage and large current, has a high switching speed, and is also excellent in withstand voltage and reliability.
  • the metal layer 103 is made of a metal such as Al and covers the Schottky electrode 105a.
  • the p-type semiconductor layer 102 is a mixed crystal containing two or more metals, and is selected from the first metal selected from Group 9 of the Periodic Table and Group 13 of the Periodic Table.
  • the p-type mixed crystal contains the mixed crystal containing at least the second metal to be used as a main component, and the p-type mixed crystal has a corundum structure.
  • the n-type semiconductor layer 101 contains gallium oxide having a corundum structure as a main component
  • the p-type semiconductor layer 102 arranged on the n-type semiconductor layer 101 also has a corundum structure and contains gallium oxide. Since the main component is crystals, a laminated structure of semiconductors with high affinity can be obtained. In addition, the heat resistance of the p-type semiconductor layer is improved.
  • FIG. 5 shows a semiconductor device as one of the embodiments of the present invention.
  • the semiconductor device in this embodiment includes an n-type semiconductor layer 121a with a wide band gap, an n-type semiconductor layer 121b with a narrow band gap, an n + type semiconductor layer 121c, a p-type semiconductor layer 123, a gate electrode 125a, a source electrode 125b, and a drain electrode.
  • HEMT high electron mobility transistor
  • the p-type semiconductor layer 123 contains a mixed crystal containing at least iridium and gallium as a main component, and the mixed crystal has a corundum structure.
  • the p-type semiconductor layer 123 is arranged in contact with the n + type semiconductor layer 121c.
  • the n + type semiconductor layer 121c contains gallium oxide having a corundum structure as a main component
  • the p-type semiconductor layer 123 arranged in contact with the n + type semiconductor layer 121c also has a corundum structure and contains gallium oxide. Since the main component is a crystal, a semiconductor device having a laminated structure of semiconductors having high affinity can be obtained.
  • the material of the Schottky electrode and the ohmic electrode may be a known electrode material, and the electrode material may be, for example, Al, Mo, Co, Zr, Sn, Nb, Fe, Cr, Ta, Ti, Au, etc.
  • Metals such as Pt, V, Mn, Ni, Cu, Hf, W, Ir, Zn, In, Pd, Nd or Ag or alloys thereof, tin oxide, zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), oxidation.
  • metal oxide conductive films such as indium tin oxide (IZO), organic conductive compounds such as polyaniline, polythiophene or polypyrrole, or mixtures thereof.
  • the Schottky electrode and the ohmic electrode can be formed by a known method such as a vacuum vapor deposition method or a sputtering method. More specifically, for example, when forming a Schottky electrode, a layer made of Mo and a layer made of Al are laminated, and the layer made of Mo and the layer made of Al are patterned using a photolithography method. It can be done by.
  • the material of the insulator layer examples include GaO, AlGaO, InAlGaO, AlInZnGaO 4 , AlN, Hf 2 O 3 , SiN, SiON, Al 2 O 3 , MgO, GdO, SiO 2 or Si 3 N 4 .
  • the insulator layer can be formed by a known method such as a sputtering method, a vacuum vapor deposition method, or a CVD method.
  • FIG. 6 shows a semiconductor device as one of the embodiments of the present invention.
  • the semiconductor device in this embodiment is a trench-type MOSFET, which is an n-type semiconductor layer 131a, a first n + type semiconductor layer 131b, a second n + type semiconductor layer 131c, a p-type semiconductor layer 132, and a p + type semiconductor.
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • a plurality of depths that penetrate the first n + semiconductor layer 131c and reach halfway through the n-type semiconductor layer 131a A groove is formed as the trench 70 of the above.
  • Each of the trenches 70 is provided with the arc portion 70c between the bottom surface 70b and the side surface 70a of the trench 70.
  • a gate electrode 135a is embedded and formed via a gate insulating film 134 having a thickness of 10 nm to 1 ⁇ m.
  • the p + type semiconductor layer 132a may be a p-type semiconductor layer or may be the same as the p-type semiconductor layer 132.
  • the p-type semiconductor layer 132 contains a mixed crystal containing at least iridium and gallium as a main component, and the mixed crystal has a corundum structure.
  • the p + type semiconductor layer 132a may also contain a mixed crystal containing at least iridium and gallium as a main component, and the mixed crystal may have a corundum structure.
  • the p-type semiconductor layer 131c and / or the p + -type semiconductor layer 132a is arranged in contact with the n + -type semiconductor layer 121c and / or the n-type semiconductor layer 131a having a corundum structure.
  • the n + type semiconductor layer 121c and / or the n-type semiconductor layer 131a contains a crystal containing gallium oxide having a corundum structure as a main component
  • the p-type semiconductor layer 131c and the p + type semiconductor layer 132a also have a corundum structure. Since the main component is a mixed crystal containing gallium oxide, a semiconductor device having a laminated structure of semiconductors having high affinity can be obtained.
  • FIG. 7 shows a semiconductor device as one of the embodiments of the present invention.
  • the semiconductor device in this embodiment includes an n-type semiconductor layer 141a, a first n + type semiconductor layer 141b, a second n + type semiconductor layer 141c, a p-type semiconductor layer 142, a gate electrode 145a, a source electrode 145b and a drain electrode 145c.
  • JFET junction field effect transistor
  • the p-type semiconductor layer 142 contains a mixed crystal containing at least iridium and gallium as a main component, and the mixed crystal has a corundum structure.
  • the p-type semiconductor layer 142 is arranged in contact with the n-type semiconductor layer 141a and the first n + type semiconductor layer 141b.
  • the n-type semiconductor layer 141a and / or the first n + type semiconductor layer 141b contains gallium oxide having a corundum structure as a main component, it comes into contact with the n-type semiconductor layer 141a and the first n + type semiconductor layer 141b. Since the p-type semiconductor layer 123 also includes a corundum structure and contains a mixed crystal containing gallium oxide as a main component, a semiconductor device having a laminated structure of semiconductors having a high affinity can be obtained.
  • FIG. 9 shows an example of the case where the semiconductor device of the present invention is a light emitting diode (LED).
  • the semiconductor light emitting device of FIG. 9 includes an n-type semiconductor layer 161 on the second electrode 165b, and a light emitting layer 163 is laminated on the n-type semiconductor layer 161.
  • a p-type semiconductor layer 162 is laminated on the light emitting layer 163.
  • a translucent electrode 167 that transmits light generated by the light emitting layer 163 is provided on the p-type semiconductor layer 162, and a first electrode 165a is laminated on the translucent electrode 167.
  • the light emitting body used for the light emitting layer may be a known one.
  • the p-type semiconductor layer 162 contains a mixed crystal containing at least iridium and gallium as a main component, and the mixed crystal has a corundum structure.
  • the layer arranged in contact with the p-type semiconductor layer 162 contains a corundum structure and / or gallium oxide as a main component, a semiconductor device having a laminated structure of semiconductors having high affinity can be obtained.
  • the material of the translucent electrode examples include a conductive material of an oxide containing indium (In) or titanium (Ti). More specifically, for example, In 2 O 3 , ZnO, SnO 2 , Ga 2 O 3 , TIO 2 , CeO 2 or a mixed crystal of two or more of these, or those doped with these can be mentioned.
  • a translucent electrode can be formed. Further, after forming the translucent electrode, thermal annealing may be performed for the purpose of making the translucent electrode transparent.
  • the first electrode 165a is used as a positive electrode and the second electrode 165b is used as a negative electrode, and a current is passed through both of them to the p-type semiconductor layer 162, the light emitting layer 163, and the n-type semiconductor layer 161. As a result, the light emitting layer 163 emits light.
  • the materials of the first electrode 165a and the second electrode 165b include, for example, Al, Mo, Co, Zr, Sn, Nb, Fe, Cr, Ta, Ti, Au, Pt, V, Mn, Ni, Cu, and the like.
  • Metals such as Hf, W, Ir, Zn, In, Pd, Nd or Ag or alloys thereof, metal oxides such as tin oxide, zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO) and indium zinc oxide (IZO). Examples thereof include conductive films, organic conductive compounds such as polyaniline, polythiophene or polypyrrole, or mixtures thereof.
  • the film forming method of the electrode is not particularly limited, and is a wet method such as a printing method, a spray method, a coating method, a physical method such as a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, and an ion plating method, CVD, and plasma CVD. It can be formed on the substrate according to a method appropriately selected in consideration of suitability with the material from chemical methods such as a method.
  • an n-type semiconductor layer 161 is laminated on a substrate 169, and an n-type semiconductor exposed by cutting out a part of a p-type semiconductor layer 162, a light emitting layer 163, and an n-type semiconductor layer 161.
  • the second electrode 165b is laminated on a part of the exposed surface of the semiconductor layer of the layer 161.
  • FIG. 14 shows an example of the case where the semiconductor device of the present invention is a heterojunction bipolar transistor (HBT).
  • the HBT in FIG. 14 can have either an npn structure or a pnp structure.
  • the npn structure will be described in detail, but the same applies to the pnp structure, and the p-type layer having the npn structure can be replaced with the n-type layer having the pnp structure, and vice versa.
  • the substrate 60 may be a semi-insulating substrate and may have a high resistivity ( eg, a resistivity of more than 105 ⁇ cm).
  • the substrate 60 may be n-type.
  • a collector layer 42 is formed above the substrate 60.
  • the collector layer 42 has a thickness of, for example, 200 nm to 100 ⁇ m, more preferably 400 nm to 20 ⁇ m.
  • the collector layer 42 preferably contains an n-type oxide semiconductor having a corundum structure as a main component, and the n-type oxide semiconductor is a Group 2 metal (for example, Be, Mg, Ca, Sr, Ba) in the periodic table. Etc.), Group 9 metals (eg Co, Rh, Ir, etc.) or Group 13 metals (eg Al, Ga, In, Tl, etc.) are more preferably contained as main components, and aluminum, indium, etc.
  • Group 2 metal for example, Be, Mg, Ca, Sr, Ba
  • Etc. Group 9 metals
  • Group 13 metals eg Al, Ga, In, Tl, etc.
  • the concentration of the dopant (for example, tin, germanium, silicon, titanium, etc.) in the n-type oxide semiconductor is usually about 1 ⁇ 10 16 / cm 3 to 1 ⁇ 10 22 / cm. Although it is 3 , for example, it can be made into an n-type semiconductor at a low concentration of about 1 ⁇ 10 17 / cm 3 or less. Further, according to the present invention, it can be contained in a high concentration of about 1 ⁇ 10 20 / cm 3 or more to form an n + type semiconductor.
  • the sub-collector layer 40 may be formed between the collector layer 42 and the substrate 60, particularly when the substrate 60 is semi-insulating.
  • the sub-collector layer 40 preferably contains an n + type oxide semiconductor having a corundum structure as a main component, and the n + type oxide semiconductor is a group 13 metal (for example, Al, Ga, In, Tl, etc.) in the periodic table. ) Is more preferably contained as a main component, and one or more metals selected from aluminum, indium and gallium are more preferably contained, and gallium oxide or a mixed crystal thereof is preferable. Most preferred.
  • the "main component” is the same as the above-mentioned "main component".
  • the thickness of the sub-collector layer 40 is preferably about 0.1 to 100 ⁇ m.
  • a collector electrode 52 is formed on the surface of the sub-collector layer 40.
  • An object of the sub-collector layer 40 is to improve the performance of the ohmic collector electrode 52.
  • the sub-collector layer 40 can be omitted when the substrate 60 is conductive.
  • the base layer 44 is formed on the collector layer 42.
  • the base layer 44 is not particularly limited as long as it contains the p-type oxide semiconductor of the present invention as a main component.
  • the thickness of the base layer 44 is not particularly limited, but is preferably 10 nm to 10 ⁇ m, more preferably 10 nm to 1 ⁇ m. It is also preferable that the base layer 44 is gradually changed from the contact portion of the collector layer to the vicinity of the upper surface of the base layer 44.
  • a superlattice can be deposited on the upper surface of the base layer 44.
  • the emitter layer 46 is formed on the base layer 44.
  • the emitter layer 46 preferably contains an n-type oxide semiconductor having a corundum structure as a main component, and the n-type oxide semiconductor is a group 13 metal (for example, Al, Ga, In, Tl, etc.) in the periodic table. It is more preferable to contain an oxide semiconductor containing, as a main component, and even more preferably to contain one or more metals selected from aluminum, indium and gallium, and gallium oxide or a mixed crystal thereof is the most preferable. preferable.
  • the "main component” is the same as the above-mentioned "main component”.
  • the thickness of the emitter layer 46 is not particularly limited, but is preferably 10 nm to 100 ⁇ m.
  • the emitter layer 46 usually has a wider bandgap than the base layer 44. It is also preferable that the composition of the emitter layer 46 is arbitrarily changed from the contact portion with the base layer 44 to the vicinity of the upper surface of the emitter layer 46.
  • the cap layer 48 is formed on the emitter layer 46.
  • the cap layer 48 is preferably an n + type oxide semiconductor having a corundum structure, more preferably an n + type oxide semiconductor containing one or more metals selected from aluminum, indium and gallium, and more preferably an n + type doped gallium oxide or a gallium thereof. Mixed crystals are most preferred.
  • the thickness is not particularly limited, but is preferably 10 nm to 100 ⁇ m.
  • Each of the collector electrode 52, the base electrode 54, and the emitter electrode 56 is preferably an ohm-based metal electrode.
  • the emitter electrode 56 is deposited on the cap layer 48, and the base electrode 54 is deposited on the base layer 44 exposed by, for example, etching.
  • the collector electrode 52 is deposited on the sub-collector layer 40 as described above.
  • a collector electrode (not shown) is usually provided on the back surface of the substrate 60 on the opposite side of the device structure.
  • each electrode is not particularly limited, and known electrode materials can be used. Suitable compositions for electrodes include known ohmic electrode materials (eg, Ni, Al, Ti, Pt, Au and laminates thereof).
  • the thickness of each electrode m is not particularly limited, but is preferably about 10 to about 100 ⁇ m, and the deposition of each electrode can be realized by electron beam vapor deposition, thermal vapor deposition, sputtering or other techniques.
  • an annealing treatment may be performed in order to achieve ohm contact.
  • the annealing temperature is not particularly limited, but is preferably about 300 to 1000 ° C.
  • the pnp HBT can be formed by substituting the p-type layer of pnp HBT with the n-type layer of npn HBT and vice versa.
  • the p-type oxide semiconductor film in the semiconductor devices (1) to (3) below.
  • the semiconductor device (1) is a semiconductor device including at least a gate electrode and a channel layer on which a channel is formed, either directly on the side wall of the gate electrode or via another layer. Therefore, a part or all of the channel layer is characterized by containing a p-type oxide semiconductor as a main component.
  • the channel layer is not particularly limited as long as it forms a channel, and may be a part or a whole part of the semiconductor layer. It may be formed over other semiconductor layers.
  • the p-type oxide semiconductor film for the p-type semiconductor layer for example, a high-voltage, low-loss n-type semiconductor having a much higher dielectric breakdown electric field strength than SiC (for example,) without ion injection or the like. It can be used in semiconductor devices without impairing the semiconductor characteristics of gallium oxide, etc.).
  • the semiconductor device (1) further incorporates an SBD.
  • SBD SBD-based on-voltage
  • the freewheel current can be easily passed, so that more excellent semiconductor characteristics can be obtained, which is industrially advantageous.
  • the semiconductor device (2) is a semiconductor device including at least an n-type semiconductor layer and a p + -type semiconductor layer, and the n-type semiconductor layer contains a metal of Group 13 of the periodic table. It is characterized in that the contained crystalline oxide semiconductor is contained as a main component, and the p + type semiconductor layer contains the p-type oxide semiconductor film as a main component.
  • the p-type oxide semiconductor film can be suitably used for the p-well layer.
  • the semiconductor device (3) includes an n-type semiconductor layer containing a crystalline oxide semiconductor having a corundum structure as a main component, and a layer directly or another on the n-type semiconductor layer.
  • FIG. 15 shows an example of a semiconductor device including the above (1) to (3).
  • the semiconductor device of FIG. 15 includes a first n + type semiconductor layer 11a, an n ⁇ type semiconductor layer 12, a p-type semiconductor layer 13, a second n + type semiconductor layer 11b, a p + type semiconductor layer 16, a gate electrode 14a, and gate insulation. It includes a film 15, a shot key electrode 14b, and a drain electrode 14c.
  • the p-type is applied in the on state of the semiconductor device of FIG. 15 when a voltage is applied between the source electrode 14b and the drain electrode 14c to give a positive charge to the source electrode 14b to the gate electrode 14a, the p-type is applied.
  • a channel is formed at the interface between the semiconductor layer 13 and the gate insulating film 14a, and turns on.
  • the gate electrode 14a In the off state, by setting the voltage of the gate electrode 14a to 0V, the channel cannot be formed and the gate electrode 14a is turned off. Further, in the semiconductor device of FIG. 15, the p-type semiconductor layer 13 is embedded in the n-type semiconductor layer 12 deeper than the gate electrode 14a. With such a configuration, it is possible to reduce the leakage current in the reverse direction and improve the withstand voltage.
  • the method for forming each layer of the semiconductor device of FIG. 15 is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, and may be a known method. For example, a method of forming a film by a vacuum vapor deposition method, a CVD method, a sputtering method, various coating techniques, or the like, and then patterning by a photolithography method, or a method of directly patterning by using a printing technique or the like can be mentioned.
  • the second n + type semiconductor layer 11b and the p + type semiconductor layer 16 are connected to each other via the source electrode 14b, but the second n + type semiconductor layer 11b is directly connected without the source electrode 14b.
  • the n + type semiconductor layer 11b and the p + type semiconductor layer 16 may be connected in series.
  • the second n + type semiconductor layer 11b and the p + type semiconductor layer 16 are directly connected to each other, if the p + type semiconductor layer 16 is wider than the second n + type semiconductor layer 11b, hole omission will occur. It has the effect of improving. Further, if the second n + type semiconductor layer 11b is wider than the p + type semiconductor layer 16, the effect of lowering the on-resistance is obtained.
  • the semiconductor device is particularly useful for power devices.
  • the semiconductor device include a diode (such as SBD) or a transistor (for example, MOSFET or JFET), but SBD, MOSFET, IGBT or JFET is more preferable, and MOSFET or JFET is most preferable.
  • the semiconductor device includes an SOI structure or a sapphire substrate having a silicon substrate, an embedded insulating layer formed on the silicon substrate, and an SOS structure having a silicon layer formed on the sapphire substrate. Is also preferable, and operation at a higher temperature can be realized.
  • the semiconductor device of the present invention is suitably used as a power module, an inverter or a converter by using a known method, and further preferably used for a semiconductor system using a power supply device or the like. ..
  • the power supply device can be manufactured by connecting the semiconductor device to a wiring pattern or the like by using a known method.
  • FIG. 11 shows an example of a power supply system.
  • the power supply system 170 is configured by using the plurality of power supply devices 171 and 172 and the control circuit 173.
  • the power supply system 170 can be used in the system apparatus 182 in combination with the electronic circuit 181.
  • An example of the power supply circuit diagram of the power supply device is shown in FIG. FIG.
  • FIG. 13 shows a power supply circuit of a power supply device including a power circuit and a control circuit.
  • the DC voltage is switched at a high frequency by an inverter 19 (composed of MOSFETs A to D), converted to AC, and then insulated and transformed by a transformer 193. After rectifying with a rectifying MOSFET, smoothing with DCL195 (smoothing coils L1 and L2) and a capacitor, and outputting a DC voltage.
  • the voltage comparator 197 compares the output voltage with the reference voltage, and the PWM control circuit 196 controls the inverter 192 and the rectifier MOSFET 194 so as to obtain a desired output voltage.
  • the mist CVD device 1 includes a carrier gas source 2a for supplying a carrier gas, a flow control valve 3a for adjusting the flow rate of the carrier gas sent out from the carrier gas source 2a, and a carrier gas (diluted) for supplying the carrier gas (diluted). Diluted) source 2b, flow control valve 3b for adjusting the flow rate of carrier gas (diluted) sent out from the carrier gas (diluted) source 2b, mist generation source 4 containing the precursor solution 4a, and water 5a.
  • the substrate 10 is installed on the hot plate 8.
  • Iridium acetylacetonate iridium concentration 0.001 mol / L
  • gallium acetylacetonate gallium concentration 0.001 mol / L
  • hydrochloric acid is added to a volume ratio of 1.5%.
  • the aqueous solution was adjusted so as to be, and this was used as a raw material solution.
  • the oxide semiconductor was formed by changing the ratio of gallium (Ga) to iridium (Ir) in the raw material solution.
  • the ultrasonic vibrator was vibrated and the vibration was propagated to the raw material solution 4a through water 5a to atomize the raw material solution 4a and generate atomized droplets.
  • the atomized droplets were conveyed to the film forming chamber 7 by the carrier gas, and the atomized droplets thermally reacted on the surface of the substrate 10 at a temperature of 700 ° C. under atmospheric pressure to form a film on the substrate 10. ..
  • the membrane obtained in the above method was identified using an X-ray diffractometer, the obtained membrane was a mixed crystal oxide semiconductor film, and all the metals contained in the mixed crystal were included. It was found that an iridium gallium oxide film having a corundum structure having p-type electrical conductivity can be obtained when the atomic ratio of gallium is 40% or more.
  • Example 1 The film was formed in the same manner as in 1 to 4 above, with the ratio of Ir to Ga in the raw material solution (Ir / Ga) being 3.
  • the obtained film was ⁇ - (Ir 0.323 , Ga 0.677 ) 2 O 3 , and the Hall effect was measured and it was a p-type semiconductor. It was confirmed.
  • Example 2 The film was formed in the same manner as in 1 to 4 above, with the ratio of Ir to Ga in the raw material solution (Ir / Ga) being 4.
  • the obtained film was ⁇ - (Ir 0.348 , Ga 0.652 ) 2 O 3 , and Hall effect measurement was performed to confirm that it was a p-type semiconductor. Further, the iridium ratio is increased and the gallium ratio is decreased to form a film, and when the gallium is 40% or more and 70% or less in atomic ratio in the mixed crystal metal, the colland structure has p-type electrical conductivity. It was found that an iridium gallium oxide film was obtained.
  • Example 3 The ratio of Ir to Ga in the raw material solution (Ir / Ga) was set to 8, and a film was formed in the same manner as in 1 to 4 above. The obtained film was ⁇ - (Ir 0.517 , Ga 0.483 ) 2 O 3 , and Hall effect measurement was performed to confirm that it was a p-type semiconductor.
  • FIG. 3 shows the XRD measurement results of the oxide semiconductor film obtained in Example 1, and the peaks of 0006 and 0122 were confirmed as in ⁇ -Ga 2 O3 , and the corundum structure was similar to that of gallium oxide having a corundum structure. It was confirmed that it was a mixed crystal oxide semiconductor having. Similarly, peaks 0006 and 00012 were confirmed in Examples 2 and 3, and it was confirmed that the oxide semiconductor was a mixed crystal having a corundum structure.
  • the p-type oxide semiconductor film according to the embodiment of the present invention can be used in all fields such as semiconductors (for example, compound semiconductor electronic devices, etc.), electronic parts / electrical equipment parts, optical / electrophotographic related equipment, industrial parts, and the like. Since it has excellent p-type semiconductor characteristics, it is particularly useful for semiconductor devices and the like.

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Abstract

工業的に有用であり、かつ半導体特性に優れたｐ型の電気導電を有している酸化物半導体および酸化物半導体を含む半導体装置を提供する。２以上の金属を含む金属酸化物の混晶であって、前記混晶が周期律表の第９族から選択される第１の金属と周期律表の第１３族から選択される第２の金属とを少なくとも含有する金属酸化物を主成分とする前記混晶を含み、前記混晶中の金属において、前記第２の金属が原子比で４０％以上であり、前記混晶がｐ型の電気導電を有している、酸化物半導体。

Description

酸化物半導体及び酸化物半導体を含む半導体装置
　本発明は、酸化物半導体に関し、ｐ型の電気導電を有する酸化物半導体に関する。また、本発明は酸化物半導体を含む半導体装置および／またはシステムに関する。本発明は、ｐ型の電気導電を有する酸化物半導体の形成方法に関する。
　高耐圧、低損失および高耐熱を実現できる次世代のスイッチング素子として、バンドギャップの大きな酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）を用いた半導体装置が注目されており、インバータなどの電力用半導体装置への適用が期待されている。しかも、広いバンドギャップからＬＥＤやセンサー等の受発光装置としての応用も期待されている。当該酸化ガリウムは非特許文献１によると、インジウムやアルミニウムをそれぞれ、あるいは組み合わせて混晶することによりバンドギャップ制御することが可能であり、ＩｎＡｌＧａＯ系半導体として極めて魅力的な材料系統を構成している。ここでＩｎＡｌＧａＯ系半導体とはＩｎＸＡｌＹＧａＺＯ３（０≦Ｘ≦２、０≦Ｙ≦２、０≦Ｚ≦２、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１．５～２．５）を示し、酸化ガリウムを内包する同一材料系統として俯瞰することができる（特許文献１）。
　そして、近年においては、酸化ガリウム系のｐ型半導体が検討されており、例えば、特許文献２には、β－Ｇａ２Ｏ３系結晶を、ＭｇＯ（ｐ型ドーパント源）を用いてＦＺ法により形成したりすると、ｐ型導電性を示す基板が得られることが記載されている。また、特許文献３には、ＭＢＥ法により形成したα－（ＡｌｘＧａ１－ｘ）２Ｏ３単結晶膜にｐ型ドーパントをイオン注入してｐ型半導体を形成することが記載されている。しかしながら、これらの方法では、ｐ型半導体の作製は実現困難であり（非特許文献１）、実際に、これらの方法でｐ型半導体の作製に成功したとの報告はなされていない。そのため、実現可能なｐ型酸化物半導体及びその製造方法が待ち望まれていた。
　また、非特許文献２や非特許文献３に記載されているように、例えばＲｈ２Ｏ３やＺｎＲｈ２Ｏ４等をｐ型半導体に用いることも検討されているが、Ｒｈ２Ｏ３は、成膜時に特に原料濃度が薄くなってしまい、成膜に影響する問題があり、有機溶媒を用いても、Ｒｈ２Ｏ３単結晶が作製困難であった。また、ホール効果測定を実施してもｐ型とは判定されることがなく、測定自体もできていない問題もあり、また、測定値についても、例えばホール係数が測定限界（０．２ｃｍ３／Ｃ）以下しかなく、使いものには到底ならなかった。また、ＺｎＲｈ２Ｏ４は移動度が低く、バンドギャップも狭いため、ＬＥＤやパワーデバイスに用いることができない問題があり、これらは必ずしも満足のいくものではなかった。
　ワイドバンドギャップ半導体として、Ｒｈ２Ｏ３やＺｎＲｈ２Ｏ４等以外にも、ｐ型の酸化物半導体が種々検討されている。特許文献４には、デラフォサイトやオキシカルコゲナイド等をｐ型半導体として用いることが記載されている。しかしながら、これらの半導体は、移動度が１ｃｍ２／Ｖ・ｓ程度かまたはそれ以下であり、電気特性が悪く、バンドギャップも狭いため、α－Ｇａ２Ｏ３等のｎ型の次世代酸化物半導体とのｐｎ接合がうまくできない問題もあった。
　なお、従来より、Ｉｒ２Ｏ３は知られている。例えば、特許文献５には、イリジウム触媒としてＩｒ２Ｏ３を用いることが記載されている。また、特許文献６には、Ｉｒ２Ｏ３を誘電体に用いることが記載されている。また、特許文献７には、電極にＩｒ２Ｏ３を用いることが記載されている。しかしながら、Ｉｒ２Ｏ３をｐ型半導体に用いることは知られていなかったが、最近、本出願人らにより、ｐ型半導体として、Ｉｒ２Ｏ３を用いることが検討され、研究開発が進められている（特許文献８～１１）。また、Ｉｒ２Ｏ３と周期律表第１３族の酸化物の混晶についてはまだまだ十分に満足のいくものが得られておらず、例えば、バンドギャップ３．４ｅＶ以上のｐ型酸化物の混晶が待ち望まれていた。
国際公開第２０１４／０５０７９３号公報 特開２００５－３４０３０８号公報 特開２０１３－５８６３７号公報 特開２０１６－２５２５６号公報 特開平９－２５２５５号公報 特開平８－２２７７９３号公報 特開平１１－２１６８７号公報 国際公開第２０１８／００４００８号公報 国際公開第２０１８／００４００９号公報 国際公開第２０１８／０４３５０３号公報 国際公開第２０１９／０９８２９５号公報
竹本達哉、EE Times Japan"パワー半導体 酸化ガリウム"熱伝導率、P型……課題を克服して実用化へ、［online］、2014年2月27日、アイティメディア株式会社、［平成28年6月21日検索］、インターネット〈URL：http://eetimes.jp/ee/articles/1402/27/news028_2.html〉 F.P.KOFFYBERG et al., "optical bandgaps and electron affinities of semiconducting Rh2O3(I) and Rh2O3(III)", J. Phys. Chem. Solids Vol.53, No.10, pp.1285-1288, 1992 細野秀雄、"酸化物半導体の機能開拓"、物性研究・電子版　Vol.3、No.1、031211（2013年11月・2014年2月合併号）
　本発明は、工業的に有用であり、かつ半導体特性に優れたｐ型の電気導電を有している酸化物半導体を提供することを目的の1つとしている。また、本発明は、ｐ型の電気導電を有する酸化物半導体の形成方法を提供することを目的の1つとしている。
　本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、周期律表第９金属の有機錯体および周期律表第１３族金属の有機錯体の両方を含む原料溶液を用いて、コールドウォール型のミストＣＶＤ装置でもって成膜すると、従来では困難であった、２以上の金属を含む混晶であって、周期律表の第９族から選択される第１の金属と周期律表の第１３族から選択される第２の金属とを少なくとも含有する前記混晶を主成分として含み、前記混晶中に含まれる全ての金属において、前記第２の金属が原子比で４０％以上を占めており、ｐ型の電気導電を有している、酸化物半導体を形成することができることを知見し、このような酸化物半導体が、上記した従来の問題を一挙に解決できるものであることを見出した。
　また、本発明者らは、上記知見を得たのち、さらに検討を重ね、本発明を完成させた。すなわち、本発明は以下の発明に関する。
［１］　２以上の金属を含む金属酸化物の混晶であって、周期律表の第９族から選択される第１の金属と周期律表の第１３族から選択される第２の金属とを少なくとも含有する前記混晶を主成分として含み、前記混晶中に含まれる全ての金属において、前記第２の金属が原子比で４０％以上を占めており、ｐ型の電気導電を有している、酸化物半導体。
［２］　前記混晶中に含まれる全ての金属において、前記第２の金属が原子比で４０％以上７０％以下である、前記［１］記載の酸化物半導体。
［３］　前記混晶がコランダム構造を有する、前記［１］または［２］記載の酸化物半導体。
［４］　前記第１の金属が、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）から選択される金属である、前記［１］～［３］のいずれかに記載の酸化物半導体膜。
［５］　前記第２の金属が、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）から選択される金属である、前記［１］～［４］のいずれかに記載の酸化物半導体膜。
［６］　前記第１の金属が、イリジウム（Ｉｒ）である、前記［４］記載の酸化物半導体。
［７］　前記第２の金属が、ガリウム（Ｇａ）である、前記［５］記載の酸化物半導体。
［８］　前記混晶中の全ての金属において、前記第１の金属が原子比で３０％以上６０％以下である、請求項前記［１］～［７］のいずれかに記載の酸化物半導体。
［９］　ｐ型の電気導電を有している酸化物半導体であって、前記［１］～［８］のいずれかに記載の酸化物半導体と、ｎ型酸化物半導体と、を有する半導体装置。
［１０］　前記ｐ型の電気導電を有している酸化物半導体に前記ｎ型酸化物半導体が少なくとも一部が接触して配置されており、前記ｐ型の電気導電を有している酸化物半導体と電気的に接続される第１の電極と、前記ｎ型酸化物半導体と電気的に接続される第２の電極と、を有する、前記［９］記載の半導体装置。
［１１］　前記ｐ型の電気導電を有している酸化物半導体が膜形状を有している、前記［９］記載の半導体装置。
［１２］　前記ｎ型酸化物半導体が膜形状を有している、前記［９］～［１１］のいずれかに記載の半導体装置。
［１３］前記ｎ型酸化物半導体が、ｎ－型酸化物半導体である、前記［９］～［１２］のいずれかに記載の半導体装置。
［１４］　前記ｎ型酸化物半導体がｎ－型のα―Ｇａ２Ｏ３を含む、前記［９］～［１３］のいずれかに記載の半導体装置。
［１５］　ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）、ジャンクションバリアショットキーダイオード（ＪＢＳ）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）ＩＧＢＴおよび接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）から選択される1つである前記［９］～［１４］のいずれかに記載の半導体装置。
［１６］　シリコン基板と、前記シリコン基板上に形成された埋め込み絶縁層とを有するＳＯＩ構造をさらに含む、前記［９］～［１５］のいずれかに記載の半導体装置。
［１７］　パワーデバイスである前記［９］～［１６］のいずれかに記載の半導体装置。
［１８］　パワーモジュール、インバータまたはコンバータである前記［９］～［１７］のいずれかに記載の半導体装置。
［１９］　半導体装置を備える半導体システムであって、前記半導体装置が、前記［９］～［１８］のいずれかに記載の半導体装置である半導体システム。
　本発明の酸化物半導体は、工業的に有用であり、かつ半導体特性に優れている。
実施例において用いられる成膜装置（ミストＣＶＤ装置）の概略構成図である。 実施例における原料溶液中のガリウムとイリジウム比、得られた結晶性酸化物半導体の膜中におけるガリウム比率（％）とイリジウム比率（％）および半導体型を示す。 実施例３におけるＸＲＤ測定結果を示す図である。横軸が回折角（ｄｅｇ．）を示し、縦軸が回折強度（ｃｐｓ）を示す。 ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の好適な一例を模式的に示す図である。 高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。 金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。 接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。 発光素子（ＬＥＤ）の好適な一例を模式的に示す図である。 発光素子（ＬＥＤ）の好適な一例を模式的に示す図である。 電源システムの好適な一例を模式的に示す図である。 システム装置の好適な一例を模式的に示す図である。 電源装置の電源回路図の好適な一例を模式的に示す図である。 ヘテロ接合型バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。 金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の好適な一例を模式的に示す図である。
　以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
　本発明のｐ型の電気導電を有している酸化物半導体の実施態様および／または半導体装置の実施態様において、ｐ型の電気導電を有している酸化物半導体は２以上の金属を含む金属酸化物の混晶を主成分として含む。前記混晶は、周期律表の第９族から選択される第１の金属と周期律表の第１３族から選択される第２の金属とを少なくとも含有する。前記混晶中に含まれる全ての金属において、前記第２の金属が原子比で４０％以上を占めている。前記酸化物半導体は膜形状を有していてもよい。ここで、「ｐ型の電気導電を有している」とは、ホール効果測定によって判定される電気導電型がｐ型であることをいう。
　また、本発明のｐ型の電気導電を有している酸化物半導体の実施態様および／または半導体装置の実施態様において、ｐ型の電気導電を有している酸化物半導体に含まれる混晶がコランダム構造を有するのが好ましい。「コランダム構造を有する混晶」とは、少なくとも２種類の金属を含む金属酸化物の結晶であって、混晶としての結晶構造がコランダム構造を有するものをいう。また、本発明の実施態様において、前記混晶が単結晶膜であることが好ましい。
　前記ｐ型の電気導電を有している酸化物半導体（以下、「ｐ型酸化物半導体」、「ｐ型酸化物半導体膜」および／または「ｐ型酸化物半導体層」ともいう。）の主成分として含まれる前記混晶は、周期律表第９族から選択される少なくとも1つの金属を第１の金属として、また、周期律表第１３族から選択される少なくとも１つの金属を第２の金属として含む金属酸化物の混晶であれば、特に限定されない。本発明の実施態様においては、前記混晶がコランダム構造を有するのが好ましい。「主成分」とは、前記混晶である金属酸化物が、原子比で、ｐ型酸化物半導体膜の全成分に対し、好ましくは５０％以上、より好ましくは７０％以上、更に好ましくは９０％以上含まれることを意味し、１００％であってもよいことを意味する。本発明の実施態様の一つとして、前記ｐ型電気導電を有している酸化物半導体が、第１の金属として、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）から選択される金属を含み、第２の金属として、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）から選択される金属を含有する金属酸化物の混晶を主成分として含むのが好ましい。本発明の実施態様において、第１の金属としてイリジウム（Ｉｒ）と第２の金属としてガリウム（Ｇａ）を含有する金属酸化物の混晶を主成分として含むのがより好ましい。「イリジウムとガリウムを含有する金属酸化物の混晶」は、イリジウム元素とガリウム元素と酸素とを含むものをいうが、本発明においては、Ｉｒ１－ｘＧａｘＯ３（０．４≦Ｘ＜１）であるのが好ましく、α－Ｉｒ１－ｘＧａｘＯ３（０．４≦Ｘ＜１）であるのがより好ましい。なお、前記第２の金属は、前記混晶中に含まれる全ての金属において、原子比で４０％以上を占めていれば、特に限定されないが、本発明の実施態様においては、前記混晶中に含まれる全ての金属において前記第２の金属（例えば、ガリウム等）が原子比で４０％以上７０％以下の範囲であるのが好ましい。第２の金属の含有率をこのような好ましい範囲とすることにより、ｐ型の電気導電を有し、且つバンドギャップのより高い酸化物半導体が得られた。この場合、前記混晶中に含まれる全ての金属において、第１の金属が原子比で３０％以上６０％以下の範囲となる。このような混晶は、ｐ型半導体特性の耐熱性に優れているため、特に、パワーデバイス等に工業的有利に適用することができるだけでなく、例えば酸化ガリウムまたはその混晶等のバンドギャップの大きいｎ型酸化物半導体と組み合わせることによって、半導体装置の電気特性および信頼性をより向上させることができる。
　なお、「周期律表」は、国際純正応用化学連合（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｕｎｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）（ＩＵＰＡＣ）にて定められた周期律表を意味する。
　また、「第２族金属」は、周期律表の第２族金属であればそれでよく、第２族金属としては、例えば、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）又はこれらの２種以上の金属等が挙げられる。「第９族金属」は、周期律表の第９族金属であればそれでよく、このような第９族金属としては、例えば、イリジウム（Ｉｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）又はこれらの２種以上の金属等が挙げられる。また、「第１３族金属」は、周期律表の第１３族金属であれば特に限定されず、第１３族金属としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）又はこれらの２種以上の金属等が挙げられるが、本発明においては、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及びインジウム（Ｉｎ）から選ばれる１種又は２種以上が好ましい。
　本発明のｐ型酸化物半導体は、好適には以下の方法により得られるが、このようなｐ型酸化物半導体の製造方法も新規且つ有用であり、本発明の１つとして包含される。
　本発明の実施態様において、ｐ型酸化物半導体の製造方法は、金属酸化物の混晶を主成分とするｐ型の電気導電を有する酸化物半導体を製造する方法であって、例えば、図１のようなコールドウォール式のミストＣＶＤ装置を用いて、イリジウム及びガリウムを含む原料溶液を霧化して液滴を浮遊させて霧化液滴（ミストを含む）を生成し（霧化工程）、キャリアガスによって、基体の表面まで前記霧化液滴を搬送し（搬送工程）、ついで、前記霧化液滴を熱反応させることにより、前記基体の表面上にイリジウムとガリウムを含有する金属酸化物の混晶を形成すること（製膜工程）を特長とする。
（霧化工程）
　霧化工程は、イリジウム及びガリウムの少なくとも２種類の金属を含む原料溶液を霧化する。なお、前記原料溶液は所望によりさらに他の金属を含んでいてもよい。霧化方法は、前記原料溶液を霧化できさえすれば特に限定されず、公知の方法であってよいが、本発明においては、超音波を用いる霧化方法が好ましい。超音波を用いて得られた霧化液滴は、初速度がゼロであり、空中に浮遊するので好ましく、例えば、スプレーのように吹き付けるのではなく、空間に浮遊してガスとして搬送することが可能な霧化液滴であるので衝突エネルギーによる損傷がないため、非常に好適である。霧化液滴の液滴のサイズは、特に限定されず、数ｍｍ程度であってもよいが、好ましくは５０μｍ以下であり、より好ましくは１００ｎｍ～１０μｍである。
（原料溶液）
　前記原料溶液は、イリジウム及びガリウムを含んでいれば特に限定されず、無機材料が含まれていても、有機材料が含まれていてもよい。また、前記原料溶液は、所望により、さらに他の金属を含んでいてもよい。前記原料溶液がイリジウム及びガリウム及びさらに他の金属を含む場合には、該他の金属が、周期律表の第２族金属、イリジウム以外の第９族金属および／又はガリウム以外の第１３族金属であるのが好ましい。また、前記原料溶液がイリジウムおよびガリウムを含有していてもよいし、イリジウムを含む原料溶液と、ガリウムを含む原料溶液とに分けてそれぞれ霧化工程に付し、搬送工程又は製膜工程にてそれぞれの原料溶液から得られたイリジウムを含有する霧化液滴とガリウムを含有する霧化液滴を合流させてもよい。本発明の実施態様においては、イリジウム及び所望により他の金属を錯体又は塩の形態で有機溶媒または水に溶解又は分散させたものを前記原料溶液として好適に用いることができる。錯体の形態としては、例えば、アセチルアセトナート錯体、カルボニル錯体、アンミン錯体、ヒドリド錯体などが挙げられる。塩の形態としては、例えば、有機金属塩（例えば金属酢酸塩、金属シュウ酸塩、金属クエン酸塩等）、硫化金属塩、硝化金属塩、リン酸化金属塩、ハロゲン化金属塩（例えば塩化金属塩、臭化金属塩、ヨウ化金属塩等）などが挙げられる。なお、本発明の実施態様で用いられるミストＣＶＤ法によれば、原料濃度が低くても、好適に製膜することができる。
　前記原料溶液の溶媒は、特に限定されず、水等の無機溶媒であってもよいし、アルコール等の有機溶媒であってもよいし、無機溶媒と有機溶媒の混合溶液であってもよい。本発明においては、他の従来の成膜方法とは異なり、前記溶媒が水を含むのが好ましく、水と酸の混合溶媒であるのも好ましい。前記水としては、より具体的には、例えば、純水、超純水、水道水、井戸水、鉱泉水、鉱水、温泉水、湧水、淡水、海水などが挙げられるが、本発明においては、超純水が好ましい。また、前記酸としては、より具体的には、例えば、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸等の有機酸；三フッ化ホウ素、三フッ化ホウ素エーテラート、三塩化ホウ素、三臭化ホウ素、トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ｐ－トルエンスルホン酸などが挙げられるが、本発明の実施態様においては、酢酸が好ましい。
（基体）
　前記基体は、前記ｐ型酸化物半導体を支持できるものであれば特に限定されない。前記基体の材料も、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知の基体であってよく、有機化合物であってもよいし、無機化合物であってもよい。前記基体の形状としては、どのような形状のものであってもよく、あらゆる形状に対して有効であり、例えば、平板や円板等の板状、繊維状、棒状、円柱状、角柱状、筒状、螺旋状、球状、リング状などが挙げられるが、本発明においては、基板が好ましい。基板の厚さは、本発明においては特に限定されない。また、基体として、後述するように、基板上にバッファ層等の他の層を積層してもよい。異なる電気導電を有する半導体層を含めて基体として用いてもよい。
　前記基板は、板状であって、前記ｐ型酸化物半導体の支持体となるものであれば特に限定されない。絶縁体基板であってもよいし、半導体基板であってもよいし、導電性基板であってもよいが、前記基板が、絶縁体基板であるのが好ましく、また、表面に金属膜を有する基板であるのも好ましい。前記基板としては、好適には例えば、コランダム構造を有する基板などが挙げられる。基板材料は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知のものであってよい。前記のコランダム構造を有する基板としては、例えば、コランダム構造を有する基板材料を主成分とする下地基板などが挙げられ、より具体的には例えば、サファイア基板（好ましくはｃ面サファイア基板）やα型酸化ガリウム基板などが挙げられる。ここで、「主成分」とは、前記特定の結晶構造を有する基板材料が、原子比で、基板材料の全成分に対し、好ましくは５０％以上、より好ましくは７０％以上、更に好ましくは９０％以上含まれることを意味し、１００％であってもよいことを意味する。
（搬送工程）
　搬送工程では、前記キャリアガスによって前記ミストを基体へ搬送する。キャリアガスの種類としては、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、例えば、酸素、オゾン、窒素やアルゴン等の不活性ガス、または水素ガスやフォーミングガス等の還元ガスなどが挙げられるが、本発明においては、キャリアガスとして酸素を用いるのが好ましい。酸素が用いられているキャリアガスとしては、例えば空気、酸素ガス、オゾンガス等が挙げられるが、とりわけ酸素ガス及び／又はオゾンガスが好ましい。また、キャリアガスの種類は１種類であってよいが、２種類以上であってもよく、キャリアガス濃度を変化させた希釈ガス（例えば１０倍希釈ガス等）などを、第２のキャリアガスとしてさらに用いてもよい。また、キャリアガスの供給箇所も１箇所だけでなく、２箇所以上あってもよい。本発明においては、霧化室、供給管及び製膜室を用いる場合には、前記霧化室及び前記供給管にそれぞれキャリアガスの供給箇所を設けるのが好ましく、前記霧化室にはキャリアガスの供給箇所を設け、前記供給管には希釈ガスの供給箇所を設けるのがより好ましい。また、キャリアガスの流量は、特に限定されないが、０．０１～２０Ｌ／分であるのが好ましく、１～１０Ｌ／分であるのがより好ましい。希釈ガスの場合には、希釈ガスの流量が、０．００１～２Ｌ／分であるのが好ましく、０．１～１Ｌ／分であるのがより好ましい。
（製膜工程）
　製膜工程では、前記ミストを前記基体表面近傍で反応させて、前記基体表面の一部または全部に製膜する。前記熱反応は、前記霧化液滴から膜が形成される熱反応であれば特に限定されず、熱でもって前記ミストが反応すればそれでよく、反応条件等も本発明の目的を阻害しない限り特に限定されない。本工程においては、前記熱反応を、通常、溶媒の蒸発温度以上の温度で行うが、あまり高すぎない温度以下が好ましい。本発明においては、前記熱反応を、１２００℃以下で行うのが好ましく、３００℃～７００℃または７５０℃～１２００℃の温度で行うのがより好ましく、３５０℃～６００℃または７５０℃～１１００℃で行うのが最も好ましい。また、熱反応は、本発明の目的を阻害しない限り、真空下、非酸素雰囲気下、還元ガス雰囲気下および酸化雰囲気下のいずれの雰囲気下で行われてもよく、また、大気圧下、加圧下および減圧下のいずれの条件下で行われてもよいが、本発明においては、酸化雰囲気下で行われるのが好ましく、大気圧下で行われるのも好ましく、酸化雰囲気下でかつ大気圧下で行われるのがより好ましい。なお、「酸化雰囲気」は、イリジウムを含有する金属酸化物の結晶又は混晶が前記熱反応により形成できる雰囲気であれば特に限定されない。例えば、酸素を含むキャリアガスを用いたり、酸化剤を含む原料溶液からなるミストを用いたりして酸化雰囲気とすること等が挙げられる。また、膜厚は、製膜時間を調整することにより、設定することができ、本発明においては、膜厚が１ｎｍ～１ｍｍであるのが好ましく、１ｎｍ～１００μｍであるのが、半導体特性がより向上するのでより好ましく、１ｎｍ～１０μｍであるのが最も好ましい。
　本発明の実施態様においては、前記基体上にそのまま製膜してもよいが、前記基体上に、前記ｐ型酸化物半導体層とは異なる半導体層（例えば、ｎ型半導体層、ｎ＋型半導体層、ｎ－型半導体層等）や絶縁体層（半絶縁体層も含む）、バッファ層等の他の層を積層したのち、前記基体上に他の層を介して製膜してもよい。半導体層や絶縁体層としては、例えば、前記第１３族金属を含む半導体層や絶縁体層等が挙げられる。バッファ層としては、例えば、コランダム構造を含む半導体層、絶縁体層または導電体層などが好適な例として挙げられる。前記のコランダム構造を含む半導体層としては、例えば、α―Ｆｅ２Ｏ３、α―Ｇａ２Ｏ３、α―Ａｌ２Ｏ３などが挙げられる。前記バッファ層の積層方法は特に限定されず、前記ｐ型酸化物半導体の形成方法と同様であってよい。
　なお、本発明においては、前記ｐ型半導体層の製膜前又は製膜後に、ｎ型半導体層を形成するのが好ましい。より具体的には、前記半導体装置の製造方法において、少なくともｐ型半導体層とｎ型半導体層とを積層する工程を含むのが好ましい。ｎ型半導体層の形成手段は特に限定されず、公知の手段であってよいが、本発明においては、ミストＣＶＤ法が好ましい。前記ｎ型半導体層は、酸化物半導体を主成分とするのが好ましく、周期律表の第２族金属（例えばＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等）、第９族金属（例えばＣｏ、Ｒｈ、Ｉｒ等）又は第１３族金属（例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ等）を含む酸化物半導体を主成分とするのがより好ましい。また、前記ｎ型半導体層は、結晶性酸化物半導体を主成分とするのも好ましく、Ｇａを含む結晶性酸化物半導体を主成分とするのがより好ましく、コランダム構造を有し且つＧａを含む結晶性酸化物半導体を主成分とするのが最も好ましい。また、本発明においては、前記ｎ型半導体の主成分である酸化物半導体と、前記ｐ型酸化物半導体との格子定数差が、１．０％以下であるのも、良好なｐｎ接合を形成することができるため、好ましく、０．３％以下であるのがより好ましい。ここで、「格子定数差」とは、前記ｎ型半導体の主成分である酸化物半導体の格子定数から、前記ｐ型酸化物半導体の格子定数を差し引いた値を、前記ｐ型酸化物半導体の格子定数で除した数値の絶対値を１００倍した数値（％）と定義される。前記格子定数差が１．０％以下である場合の例としては、ｐ型酸化物半導体がコランダム構造を有する場合であって、ｎ型半導体の主成分である酸化物半導体もコランダム構造を有する場合等が挙げられ、より好適には、ｐ型酸化物半導体が、Ｉｒ２Ｏ３の単結晶又は混晶であって、ｎ型半導体の主成分である酸化物半導体が、Ｇａ２Ｏ３の単結晶又は混晶である場合等が挙げられる。
　なお、本発明の実施態様においては、前記ｐ型半導体層の成膜前又は成膜後に、ｎ型半導体層を形成するのが好ましい。より具体的には、前記半導体装置の製造方法において、少なくともｐ型半導体層とｎ型半導体層とを積層する工程を含むのが好ましい。ｎ型半導体層の形成方法は特に限定されず、公知の方法であってよいが、本発明においては、ミストＣＶＤ法が好ましい。前記ｎ型半導体層は、酸化物半導体を主成分とするのが好ましく、周期律表の第１３族金属（例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ等）を含む酸化物半導体を主成分とするのがより好ましい。また、前記ｎ型半導体層は、結晶性酸化物半導体を主成分とするのも好ましく、Ｇａを含む結晶性酸化物半導体を主成分とするのがより好ましく、コランダム構造を有し且つＧａを含む結晶性酸化物半導体を主成分とするのが最も好ましい。また、本発明においては、前記ｎ型半導体の主成分である酸化物半導体と、前記ｐ型酸化物半導体との格子定数差が、１．０％以下であるのも、良好なｐｎ接合を形成することができるため、好ましく、０．３％以下であるのがより好ましい。ここで、「格子定数差」とは、前記ｎ型半導体の主成分である酸化物半導体の格子定数から、前記ｐ型酸化物半導体の格子定数を差し引いた値を、前記ｐ型酸化物半導体の格子定数で除した数値の絶対値を１００倍した数値（％）と定義される。前記格子定数差が１．０％以下である場合の例としては、ｐ型酸化物半導体がコランダム構造を有する場合であって、ｎ型半導体の主成分である酸化物半導体もコランダム構造を有する場合等が挙げられ、より好適には、ｐ型酸化物半導体が、Ｉｒ２Ｏ３の単結晶又は混晶であって、ｎ型半導体の主成分である酸化物半導体が、Ｇａ２Ｏ３の単結晶又は混晶である場合等が挙げられる。なお、「主成分」とは、前記酸化物半導体が、原子比で、ｎ型半導体層の全成分に対し、好ましくは５０％以上、より好ましくは７０％以上、更に好ましくは９０％以上含まれることを意味し、１００％であってもよいことを意味する。また、本発明の実施態様においては、前記ｐ型酸化物半導体が、単結晶であるのが好ましい。
　上記の好適な形成方法によって得られたｐ型酸化物半導体膜は、工業的に有用であり、また、電気特性に優れている。より具体的には、移動度が、通常、１．０ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上である。前記移動度は、ホール効果測定にて得られる移動度をいい、本発明の実施態様においては、前記移動度が３．０ｃｍ２／Ｖｓ以上であるのが好ましい。また、前記ｐ型酸化物半導体膜は、キャリア密度が、８．０×１０２０／ｃｍ３以上であるのも好ましい。ここで、前記キャリア密度は、ホール効果測定にて得られる半導体膜中のキャリア密度をいう。前記キャリア密度の下限は特に限定されないが、約１．０×１０１５／ｃｍ３以上が好ましく、約１．０×１０１７／ｃｍ３以上がより好ましい。本発明の実施態様においては、ドーパントの種類や量または混晶の材料やその含有率を調節することで、キャリア密度を１．０×１０１６／ｃｍ３～１．０×１０２０／ｃｍ３の範囲で容易に制御することができる。
　上記のようにして得られるｐ型酸化物半導体膜は、ｐ型半導体層として半導体装置に用いることができ、とりわけ、パワーデバイスに有用である。前記ｐ型酸化物半導体膜を半導体装置に用いることにより、ラフネス散乱を抑制することができ、半導体装置のチャネル移動度を優れたものとすることができる。また、半導体装置は、電極が半導体層の片面側に形成された横型の素子（横型デバイス）と、半導体層の表裏両面側にそれぞれ電極を有する縦型の素子（縦型デバイス）に分類することができ、本発明においては、横型デバイスにも縦型デバイスにも好適に用いることができるが、中でも、縦型デバイスに用いることが好ましい。前記半導体装置としては、例えば、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）、ジャンクションバリアショットキーダイオード（ＪＢＳ）、金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）、接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）または発光ダイオードなどが挙げられる。
　前記ｐ型酸化物半導体膜をｐ型半導体層に用いた例を図４～１０に示す。なお、ｎ型半導体は、ｐ型酸化物半導体と同じ主成分であってｎ型ドーパントを含むものであってもよいし、ｐ型酸化物半導体とは主成分等が異なるｎ型半導体であってもよい。また、前記ｎ型半導体は、例えば、ｎ型ドーパントの含有量を調整することにより、ｎ－型半導体層、ｎ＋型半導体層などとして適宜用いられる。
　図４は、本発明の実施態様の一つとして、半導体装置を示す。本実施態様における半導体装置は、ｎ－型半導体層１０１ａ、ｎ＋型半導体層１０１ｂ、ｐ型半導体層１０２、金属層１０３、絶縁体層１０４、ショットキー電極１０５ａおよびオーミック電極１０５ｂを備えているショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の好適な一例を示す。図４のＳＢＤは、円弧部を備えているトレンチ７０を有しており、かかるトレンチ７０内に前記ｐ型半導体層１０２が埋め込まれている。前記トレンチ７０の底面７０aと側面７０ｂとの間に円弧部７０ｃを有しており、前記円弧部の曲率半径が１００ｎｍ～５００ｎｍの範囲内であり、電界緩和効果に優れ、オン抵抗を低くすることができる。ＳＢＤに逆バイアスが印加された場合には、トレンチ７０の前記円弧部の応力緩和作用によって空乏層（図示せず）が結晶性酸化物半導体層としてのｎ型半導体層１０１ａの中に良好に広がるため、高耐圧のＳＢＤとなる。また、順バイアスが印加された場合には、結晶性酸化物半導体層の第１面側の反対の第２面側に位置するオーミック電極１０５ｂから結晶性酸化物半導体層の第１面側に位置するショットキー電極１０５ａへ電子が流れる。このようにして前記半導体構造を用いたＳＢＤは、高耐圧・大電流用に優れており、スイッチング速度も速く、耐圧性・信頼性にも優れている。なお、金属層１０３は、例えばＡｌ等の金属からなり、ショットキー電極１０５ａを覆っている。本実施態様において、前記ｐ型半導体層１０２は、２以上の金属を含む混晶であって、周期律表の第９族から選択される第１の金属と周期律表の第１３族から選択される第２の金属とを少なくとも含有する前記混晶を主成分として含んでおり、前記ｐ型の混晶がコランダム構造を有している。前記ｎ－型半導体層１０１がコランダム構造の酸化ガリウムを主成分として含む場合、前記ｎ－型半導体層１０１上に配置される前記ｐ型半導体層１０２もコランダム構造を有し、酸化ガリウムを含む混晶を主成分とすることから、親和性の高い半導体の積層構造が得られる。また、ｐ型半導体層の耐熱性が向上する。
　図５は、本発明の実施態様の一つとして、半導体装置を示す。本実施態様における半導体装置は、バンドギャップの広いｎ型半導体層１２１ａ、バンドギャップの狭いｎ型半導体層１２１ｂ、ｎ＋型半導体層１２１ｃ、ｐ型半導体層１２３、ゲート電極１２５ａ、ソース電極１２５ｂ、ドレイン電極１２５ｃおよび基板１２９を備えている高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の好適な一例を示す。本実施態様において、前記ｐ型半導体層１２３は、イリジウムとガリウムとを少なくとも含む混晶を主成分として含んでおり、前記混晶がコランダム構造を有している。前記ｐ型半導体層１２３は、前記ｎ＋型半導体層１２１ｃに接触して配置されている。前記ｎ＋型半導体層１２１ｃがコランダム構造の酸化ガリウムを主成分として含む場合、前記ｎ＋型半導体層１２１ｃに接触して配置される前記ｐ型半導体層１２３もコランダム構造を有し、酸化ガリウムを含む混晶を主成分とすることから、親和性の高い半導体の積層構造を有する半導体装置が得られる。
　ショットキー電極およびオーミック電極の材料は、公知の電極材料であってもよく、前記電極材料としては、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｈｆ、Ｗ、Ｉｒ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｐｄ、ＮｄもしくはＡｇ等の金属またはこれらの合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン又はポリピロ－ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物などが挙げられる。
　ショットキー電極およびオーミック電極の形成は、例えば、真空蒸着法またはスパッタリング法などの公知の方法により行うことができる。より具体的に例えば、ショットキー電極を形成する場合、Ｍｏからなる層とＡｌからなる層を積層させ、Ｍｏからなる層およびＡｌからなる層に対して、フォトリソグラフィーの手法を利用したパターニングを施すことにより行うことができる。
　絶縁体層の材料としては、例えば、ＧａＯ、ＡｌＧａＯ、ＩｎＡｌＧａＯ、ＡｌＩｎＺｎＧａＯ４、ＡｌＮ、Ｈｆ２Ｏ３、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＧｄＯ、ＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４などが挙げられるが、本発明においては、コランダム構造を有するものであるのが好ましい。絶縁体層の形成は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法などの公知の方法により行うことができる。
　図６は、本発明の実施態様の一つとして、半導体装置を示す。本実施態様における半導体装置は、トレンチ型のＭＯＳＦＥＴであって、ｎ－型半導体層１３１ａ、第１のｎ＋型半導体層１３１ｂ、第２のｎ＋型半導体層１３１ｃ、ｐ型半導体層１３２、ｐ＋型半導体層１３２ａ、ゲート絶縁膜１３４、ゲート電極１３５ａ、ソース電極１３５ｂおよびドレイン電極１３５ｃを備えている金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の好適な一例を示す。また、前記ｎ－型半導体層１３１ａ及び前記第２のｎ＋型半導体層１３１ｃ内には、前記第１のｎ＋半導体層１３１ｃを貫通し、前記ｎ－型半導体層１３１ａの途中まで達する深さの複数のトレンチ７０として溝が形成されている。かかるトレンチ７０は、いずれもトレンチ７０の底面７０ｂと側面７０ａとの間に前記円弧部７０ｃを備えている。前記トレンチ７０内には、例えば、１０ｎｍ～１μｍの厚みのゲート絶縁膜１３４を介してゲート電極１３５ａが埋め込み形成されている。なお、ｐ＋型半導体層１３２ａは、ｐ型半導体層であってもよく、ｐ型半導体層１３２と同じであってもよい。本実施態様において、前記ｐ型半導体層１３２は、イリジウムとガリウムとを少なくとも含む混晶を主成分として含んでおり、前記混晶がコランダム構造を有している。前記ｐ＋型半導体層１３２ａについても、イリジウムとガリウムとを少なくとも含む混晶を主成分として含み、前記混晶がコランダム構造を有していてもよい。前記ｐ型半導体層１３１ｃおよび／または前記ｐ＋型半導体層１３２ａは、コランダム構造を有するｎ＋型半導体層１２１ｃおよび／またはｎ－型半導体層１３１ａに接触して配置されている。前記ｎ＋型半導体層１２１ｃおよび／またはｎ－型半導体層１３１ａがコランダム構造の酸化ガリウムを主成分として含む結晶を含む場合、前記ｐ型半導体層１３１ｃおよび前記ｐ＋型半導体層１３２ａもコランダム構造を有し、酸化ガリウムを含む混晶を主成分とすることから、親和性の高い半導体の積層構造を有する半導体装置が得られる。
　図７は、本発明の実施態様の一つとして、半導体装置を示す。本実施態様における半導体装置は、ｎ－型半導体層１４１ａ、第１のｎ＋型半導体層１４１ｂ、第２のｎ＋型半導体層１４１ｃ、ｐ型半導体層１４２、ゲート電極１４５ａ、ソース電極１４５ｂおよびドレイン電極１４５ｃを備えている接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）の好適な一例を示す。図８は、ｎ型半導体層１５１、ｎ－型半導体層１５１ａ、ｎ＋型半導体層１５１ｂ、ｐ型半導体層１５２、ゲート絶縁膜１５４、ゲート電極１５５ａ、エミッタ電極１５５ｂおよびコレクタ電極１５５ｃを備えている絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の好適な一例を示す。本実施態様において、前記ｐ型半導体層１４２は、イリジウムとガリウムとを少なくとも含む混晶を主成分として含んでおり、前記混晶がコランダム構造を有している。前記ｐ型半導体層１４２は、前記ｎ－型半導体層１４１ａおよび第１のｎ＋型半導体層１４１ｂに接触して配置されている。前記ｎ－型半導体層１４１ａおよび／または前記第１のｎ＋型半導体層１４１ｂがコランダム構造の酸化ガリウムを主成分として含む場合、前記ｎ－型半導体層１４１ａおよび第１のｎ＋型半導体層１４１ｂに接触して配置される前記ｐ型半導体層１２３もコランダム構造を含み、酸化ガリウムを含む混晶を主成分とすることから、親和性の高い半導体の積層構造を有する半導体装置が得られる。
（ＬＥＤ）
　本発明の半導体装置が発光ダイオード（ＬＥＤ）である場合の一例を図９に示す。図９の半導体発光素子は、第２の電極１６５ｂ上にｎ型半導体層１６１を備えており、ｎ型半導体層１６１上には、発光層１６３が積層されている。そして、発光層１６３上には、ｐ型半導体層１６２が積層されている。ｐ型半導体層１６２上には、発光層１６３にて発生する光を透過する透光性電極１６７を備えており、透光性電極１６７上には、第１の電極１６５ａが積層されている。発光層に用いられる発光体は公知のものであってもよい。なお、図９の半導体発光素子は、電極部分を除いて保護層で覆われていてもよい。本実施態様において、前記ｐ型半導体層１６２は、イリジウムとガリウムとを少なくとも含む混晶を主成分として含んでおり、前記混晶がコランダム構造を有している。前記ｐ型半導体層１６２と接触して配置される層がコランダム構造および／または酸化ガリウムを主成分として含む場合、親和性の高い半導体の積層構造を有する半導体装置が得られる。
　透光性電極の材料としては、インジウム（Ｉｎ）またはチタン（Ｔｉ）を含む酸化物の導電性材料などが挙げられる。より具体的には、例えば、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、Ｇａ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２またはこれらの２以上の混晶またはこれらにドーピングされたものなどが挙げられる。これらの材料を、スパッタリング等の公知の方法で設けることによって、透光性電極を形成できる。また、透光性電極を形成した後に、透光性電極の透明化を目的とした熱アニールを施してもよい。
　図９の半導体発光素子によれば、第１の電極１６５ａを正極、第２の電極１６５ｂを負極とし、両者を介してｐ型半導体層１６２、発光層１６３およびｎ型半導体層１６１に電流を流すことで、発光層１６３が発光するようになっている。
　第１の電極１６５ａ及び第２の電極１６５ｂの材料としては、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｈｆ、Ｗ、Ｉｒ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｐｄ、ＮｄもしくはＡｇ等の金属またはこれらの合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン又はポリピロ－ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物などが挙げられる。電極の成膜法は特に限定されることはなく、印刷方式、スプレー法、コ－ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレ－ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式、などの中から前記材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って前記基板上に形成することができる。
　なお、発光素子の別の態様を図１０に示す。図１０の発光素子では、基板１６９上にｎ型半導体層１６１が積層されており、ｐ型半導体層１６２、発光層１６３およびｎ型半導体層１６１の一部を切り欠くことによって露出したｎ型半導体層１６１の半導体層露出面上の一部に第２の電極１６５ｂが積層されている。
（ＨＢＴ）
　本発明の半導体装置がヘテロ接合型バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）である場合の一例を図１４に示す。図１４のＨＢＴは、ｎｐｎ構造及びｐｎｐ構造のいずれの構造をとることもできる。以下、ｎｐｎ構造について詳しく説明するが、ｐｎｐ構造の場合も同様であって、ｎｐｎ構造のｐ型層をｐｎｐ構造のｎ型層で置換することができ、その逆も行うことができる。基板６０は、半絶縁性の基体でよく、高い抵抗率（例えば１０５Ωｃｍを超える抵抗率等）を有し得る。なお、基板６０はｎ型であってもよい。
  基板６０の上方にコレクタ層４２が形成される。コレクタ層４２は、例えば２００ｎｍ～１００μｍ、さらに好ましくは４００ｎｍ～２０μｍの厚さを有している。コレクタ層４２は、コランダム構造を有するｎ型酸化物半導体を主成分として含むのが好ましく、該ｎ型酸化物半導体が、周期律表の第２族金属（例えばＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等）、第９族金属（例えばＣｏ、Ｒｈ、Ｉｒ等）又は第１３族金属（例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ等）を含む酸化物半導体を主成分とするのがより好ましく、アルミニウム、インジウム及びガリウムから選ばれる１種又は２種以上の金属を含むのが更により好ましく、酸化ガリウム又はその混晶であるのが最も好ましい。ここで、「主成分」は前記した「主成分」と同様である。また、本実施の形態において、前記ｎ型酸化物半導体中のドーパント（例えば、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン等）の濃度は、通常、約１×１０１６／ｃｍ３～１×１０２２／ｃｍ３であるが、例えば約１×１０１７／ｃｍ３以下の低濃度にして、ｎ－型半導体とすることができる。また、本発明によれば、約１×１０２０／ｃｍ３以上の高濃度で含有させて、ｎ＋型半導体とすることもできる。
  本実施の形態では、特に基板６０が半絶縁性である場合、コレクタ層４２と基板６０の間にサブコレクタ層４０を形成してもよい。サブコレクタ層４０は、コランダム構造を有するｎ＋型酸化物半導体を主成分として含むのが好ましく、該ｎ＋型酸化物半導体が、周期律表の第１３族金属（例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ等）を含む酸化物半導体を主成分とするのがより好ましく、アルミニウム、インジウム及びガリウムから選ばれる１種又は２種以上の金属を含むのが更により好ましく、酸化ガリウム又はその混晶であるのが最も好ましい。ここで、「主成分」は前記した「主成分」と同様である。サブコレクタ層４０の厚さは、約０．１～１００μｍであるのが好ましい。サブコレクタ層４０の表面上には、コレクタ電極５２が形成される。サブコレクタ層４０の目的は、オーム性コレクタ電極５２の性能を向上させることにある。なお、サブコレクタ層４０は、基板６０が導電性である場合には、省略することができる。
  コレクタ層４２上にベース層４４が形成される。ベース層４４は、通常、本発明のｐ型酸化物半導体を主成分として含んでさえいれば特に限定されない。ベース層４４の厚さは、特に限定されないが、１０ｎｍ～１０μｍが好ましく、１０ｎｍ～１μｍがより好ましい。ベース層４４は、コレクタ層の接触部から、ベース層４４の上面付近まで徐々に変化させることも好ましい。また、別の態様として、ベース層４４の上面に超格子を堆積することもできる。
　ベース層４４上にエミッタ層４６が形成される。エミッタ層４６は、コランダム構造を有するｎ型酸化物半導体を主成分として含むのが好ましく、該ｎ型酸化物半導体が、周期律表の第１３族金属（例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ等）を含む酸化物半導体を主成分とするのがより好ましく、アルミニウム、インジウム及びガリウムから選ばれる１種又は２種以上の金属を含むのが更により好ましく、酸化ガリウム又はその混晶であるのが最も好ましい。ここで、「主成分」は前記した「主成分」と同様である。なお、エミッタ層４６の厚さは、特に限定されないが、１０ｎｍ～１００μｍが好ましい。エミッタ層４６は、通常、ベース層４４より広いバンドギャップを有する。エミッタ層４６は、任意にエミッタ層４６の組成を、ベース層４４との接触部から、エミッタ層４６の上面付近まで徐々に変化させることも好ましい。
  エミッタ層４６上にキャップ層４８が形成されているのが好ましい。キャップ層４８はコランダム構造を有するｎ＋型酸化物半導体が好ましく、アルミニウム、インジウム及びガリウムから選ばれる１種又は２種以上の金属を含むｎ＋型酸化物半導体がより好ましく、ｎ＋型ドープ酸化ガリウム又はその混晶が最も好ましい。なお、厚さは、特に限定されないが、１０ｎｍ～１００μｍが好ましい。これらの層に例えばエッチング等を施してベース層４４を露出させると共に、上向きのコレクタ電極を設ける場合には、例えばエッチング等でさらに深いスルーホールをつくることでサブコレクタ層４０を露出させることができる。
  コレクタ電極５２、ベース電極５４及びエミッタ電極５６の各電極は、好ましくはオーム性金属電極である。エミッタ電極５６はキャップ層４８上に堆積され、ベース電極５４は例えばエッチング等で露出させたベース層４４上に堆積される。コレクタ電極５２は上述のようにサブコレクタ層４０上に堆積される。別の実施形態としては、基板がｎ型の半導体等である場合には、通常、デバイス構造と反対側にある基板６０の背面上にコレクタ電極（図示せず）が設けられる。
  各電極の材料は、特に限定されず、それぞれ公知の電極材料を用いることができる。電極用の好適な組成物としては、公知のオーミック電極材料（例えばＮｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ及びこれらの積層体等）が挙げられる。各電極ｍの厚さは、特に限定されないが、約１０～約１００μｍの厚さが好ましく、各電極の堆積は電子ビーム蒸着、熱蒸着、スパッタリング又は他の技術で実現することができる。なお、各電極材料の堆積後、オーム接触を達成するため、アニール処理してもよい。アニール温度は、特に限定されないが、約３００～１０００℃が好ましい。
  なお、ｐｎｐ ＨＢＴは、ｐｎｐ ＨＢＴのｐ型層をｎｐｎ ＨＢＴのｎ型層で置換すると共に、その逆も行うことで形成できる。
　本発明においては、前記ｐ型酸化物半導体膜を下記（１）～（３）の半導体装置に用いるのが好ましい。
（１）ｐ型チャネル層を含む半導体装置
　半導体装置（１）は、ゲート電極と該ゲート電極の側壁に直接または他の層を介して、チャネルの形成されるチャネル層とを少なくとも備える半導体装置であって、前記チャネル層の一部または全部が、ｐ型酸化物半導体を主成分として含むことを特長とする。前記チャネル層は、チャネルが形成されるものであれば、特に限定されず、半導体層の一部分であってもよいし、全部分であってもよい。他の半導体層にわたって形成されていてもよい。ｐ型半導体層に前記ｐ型酸化物半導体膜を使うことによって、イオン注入等をしなくても、例えば、ＳｉＣよりはるかに絶縁破壊電界強度が高い高電圧で低損失のｎ型半導体（例えば、酸化ガリウム等）の半導体特性を損うことなく半導体装置に用いることができる。
　なお、半導体装置（１）は、さらに、ＳＢＤを内蔵しているのが好ましい。ＳＢＤを内蔵することにより、オン電圧を低減し、フリーホイール電流を流しやすくすることができるため、工業的有利により優れた半導体特性を得ることができる。
（２）ｐウェル層を含む半導体装置
　半導体装置（２）は、ｎ型半導体層とｐ＋型半導体層とを少なくとも備える半導体装置であって、ｎ型半導体層が、周期律表第１３族金属を含有する結晶性酸化物半導体を主成分として含み、ｐ＋型半導体層が、前記ｐ型酸化物半導体膜を主成分として含むことを特長とする。前記ｐ型酸化物半導体膜は、ｐウェル層に好適に用いることが可能である。
（３）電界シールド層を含む半導体装置
　半導体装置（３）は、コランダム構造を有する結晶性酸化物半導体を主成分として含むｎ型半導体層と、該ｎ型半導体層上に直接または他の層を介してそれぞれ積層されている電界シールド層およびゲート電極とを少なくとも備える半導体装置であって、前記電界シールド層が、ｐ型酸化物半導体を含み、前記ゲート電極よりも深くｎ型半導体層に埋め込まれていることを特長とする。このようにして電界シールド層を設けることにより、逆方向のリーク電流を低減することができる。
　上記（１）～（３）が含まれる半導体装置の一例を図１５に示す。図１５の半導体装置は、第１のｎ＋型半導体層１１ａ、ｎ－型半導体層１２、ｐ型半導体層１３、第２のｎ＋型半導体層１１ｂ、ｐ＋型半導体層１６、ゲート電極１４ａ、ゲート絶縁膜１５、ショットキー電極１４ｂおよびドレイン電極１４ｃを備えている。図１５の半導体装置のオン状態では、前記ソース電極１４ｂと前記ドレイン電極１４ｃとの間に電圧を印加し、前記ゲート電極１４ａに前記ソース電極１４ｂに対して正の電荷を与えると、前記ｐ型半導体層１３とゲート絶縁膜１４ａとの界面にチャネルが形成され、ターンオンする。オフ状態は、前記ゲート電極１４ａの電圧を０Ｖにすることにより、チャネルができなくなり、ターンオフする。また、図１５の半導体装置は、ｐ型半導体層１３が、ゲート電極１４ａよりも深くｎ－型半導体層１２に埋め込まれている。このような構成とすることにより、逆方向のリーク電流を低減し、耐圧を向上させることができる。
　図１５の半導体装置の各層の形成方法は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知の方法であってよい。例えば、真空蒸着法やＣＶＤ法、スパッタ法、各種コーティング技術等により成膜した後、フォトリソグラフィー法によりパターニングする方法、または印刷技術などを用いて直接パターニングを行う方法などが挙げられる。
　なお、図１５の半導体装置において、第２のｎ＋型半導体層１１ｂとｐ＋型半導体層１６とが前記ソース電極１４ｂを介して連設されているが、前記ソース電極１４ｂを介さずに直接第２のｎ＋型半導体層１１ｂとｐ＋型半導体層１６とが連設されていてもよい。図示しないが、第２のｎ＋型半導体層１１ｂとｐ＋型半導体層１６とが直接連設されている場合、第２のｎ＋型半導体層１１ｂよりもｐ＋型半導体層１６を広くすると、ホール抜けが良くなるという効果を奏する。また、ｐ＋型半導体層１６よりも第２のｎ＋型半導体層１１ｂを広くすると、オン抵抗を下げるという効果を奏する。
　前記半導体装置は、とりわけ、パワーデバイスに有用である。前記半導体装置としては、例えば、ダイオード（ＳＢＤなど）またはトランジスタ（例えば、ＭＯＳＦＥＴまたはＪＦＥＴ等）などが挙げられるが、ＳＢＤ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴまたはＪＦＥＴがより好ましく、ＭＯＳＦＥＴまたはＪＦＥＴが最も好ましい。また、前記半導体装置は、シリコン基板と、前記シリコン基板上に形成された埋め込み絶縁層とを有するＳＯＩ構造またはサファイア基板と、前記サファイア基板上に形成されたシリコン層とを有するＳＯＳ構造を含むのも好ましく、より高温での動作を実現することができる。
　本発明の半導体装置は、上記した事項に加え、さらに公知の方法を用いて、パワーモジュール、インバータまたはコンバータとして好適に用いられ、さらには、例えば電源装置を用いた半導体システム等に好適に用いられる。前記電源装置は、公知の方法を用いて、前記半導体装置を配線パターン等に接続するなどして作製することができる。図１１に電源システムの例を示す。図１１は、複数の前記電源装置１７１、１７２と制御回路１７３を用いて電源システム１７０を構成している。前記電源システム１７０は、図１２に示すように、電子回路１８１と組み合わせてシステム装置１８２に用いることができる。なお、電源装置の電源回路図の一例を図１３に示す。図１３は、パワー回路と制御回路からなる電源装置の電源回路を示しており、インバータ１９（ＭＯＳＦＥＴＡ～Ｄで構成）によりＤＣ電圧を高周波でスイッチングしＡＣへ変換後、トランス１９３で絶縁及び変圧を実施し、整流ＭＯＳＦＥＴで整流後、ＤＣＬ１９５（平滑用コイルＬ１，Ｌ２）とコンデンサにて平滑し、直流電圧を出力する。この時に電圧比較器１９７で出力電圧を基準電圧と比較し、所望の出力電圧となるようＰＷＭ制御回路１９６でインバータ１９２及び整流ＭＯＳＦＥＴ１９４を制御する。
（実施例）
１．成膜装置
　図１を用いて、実施例で用いたミストＣＶＤ装置（コールドウォール式）を説明する。ミストＣＶＤ装置１は、キャリアガスを供給するキャリアガス源２ａと、キャリアガス源２ａから送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁３ａと、キャリアガス（希釈）を供給するキャリアガス（希釈）源２ｂと、キャリアガス（希釈）源２ｂから送り出されるキャリアガス（希釈）の流量を調節するための流量調節弁３ｂと、前駆体溶液４ａが収容されるミスト発生源４と、水５ａが入れられる容器５と、容器５の底面に取り付けられた超音波振動子６と、成膜室７と、ミスト発生源４から成膜室７までをつなぐ供給管９と、成膜室７内に設置されたホットプレート８と、熱反応後の霧化液滴および排気ガスを排出する排気口１１とを備えている。なお、ホットプレート８上には、基板１０が設置されている。
２．原料溶液の作製
　イリジウムアセチルアセトナート（イリジウム濃度０．００１ｍｏｌ／Ｌ）とガリウムアセチルアセトナート（ガリウム濃度０．００１ｍｏｌ／Ｌ）とを、超純水に混合し、塩酸を体積比１．５％となるように加えて水溶液を調整し、これを原料溶液とした。なお、図２で示すように原料溶液中のガリウム（Ｇａ）とイリジウム（Ｉｒ）比を変えて酸化物半導体の成膜をおこなった。
３．成膜準備
　上記２．で得られた原料溶液４ａをミスト発生源４内に収容した。次に、基体１０として、ｃ面サファイア基板をホットプレート８上に設置し、ホットプレート８の温度を上げて基体１０を７００℃にまで昇温させた。次に、流量調節弁３ａ、３ｂを開いて、キャリアガス源であるキャリアガス源２ａ、キャリアガス（希釈）源２ｂからキャリアガスを成膜室７内に供給し、成膜室７内の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量を３．０Ｌ／分に、キャリアガス（希釈）の流量を０．５Ｌ／分にそれぞれ調節した。なお、キャリアガスとして酸素を用いた。
４．膜形成
　次に、超音波振動子を振動させ、その振動を、水５ａを通じて原料溶液４ａに伝播させることによって、原料溶液４ａを霧化させて霧化液滴を生成させた。この霧化液滴が、キャリアガスによって、成膜室７に搬送され、大気圧下、温度７００℃の基体１０の表面で霧化液滴が熱反応して基体１０上に膜が形成された。
　上記４．にて得られた膜について、Ｘ線回析装置を用いて膜の同定をしたところ、得られた膜は、混晶の酸化物半導体膜であって、混晶中に含まれる全ての金属において、ガリウムが原子比で４０％以上となる場合に、ｐ型の電気導電を有しているコランダム構造の酸化イリジウムガリウム膜が得られることが分かった。
　（実施例１）
原料溶液中のＧａに対するＩｒの比（Ｉｒ／Ｇａ）を３として、上記１～４と同様にして、成膜した。得られた膜につき、ホール効果測定を行ったところ、得られた膜はα―（Ｉｒ０．３２３，Ｇａ０．６７７）２Ｏ３であり、ホール効果測定を行って、ｐ型半導体であることを確認した。
　（実施例２）
原料溶液中のＧａに対するＩｒの比（Ｉｒ／Ｇａ）を４として、上記１～４と同様にして、成膜した。得られた膜はα―（Ｉｒ０．３４８，Ｇａ０．６５２）２Ｏ３であり、ホール効果測定を行って、ｐ型半導体であることを確認した。さらにイリジウム比率を上げて、ガリウム比率を下げて成膜し、混晶中の金属において、ガリウムが原子比で４０％以上７０％以下の時に、ｐ型の電気導電を有しているコランダム構造の酸化イリジウムガリウム膜が得られることが分かった。
　（実施例３）
　原料溶液中のＧａに対するＩｒの比（Ｉｒ／Ｇａ）を８として、上記１～４と同様にして、成膜した。得られた膜はα―（Ｉｒ０．５１７，Ｇａ０．４８３）２Ｏ３であり、ホール効果測定を行って、ｐ型半導体であることを確認した。
　実施例１～３で得られた膜のＸＲＤ測定を行った。図３は実施例１で得られた酸化物半導体膜のＸＲＤ測定結果を示し、α－Ｇａ２Ｏ３と同様に、０００６、０００１２ピークを確認し、コランダム構造の酸化ガリウムと同様に、コランダム構造を有する混晶の酸化物半導体であることを確認した。実施例２および３でも同様に０００６、０００１２ピークを確認し、コランダム構造を有する混晶の酸化物半導体であることを確認した。
　本発明の実施態様におけるｐ型酸化物半導体膜は、半導体（例えば化合物半導体電子デバイス等）、電子部品・電気機器部品、光学・電子写真関連装置、工業部材などあらゆる分野に用いることができるが、ｐ型の半導体特性に優れているため、特に、半導体装置等に有用である。
　　１　　ミストＣＶＤ装置
　　２ａ　キャリアガス源
　　２ｂ　キャリアガス（希釈）源
　　３ａ　流量調節弁
　　３ｂ　流量調節弁
　　４　　ミスト発生源
　　４ａ　原料溶液
　　４ｂ　ミスト
　　５　　容器
　　５ａ　水
　　６　　超音波振動子
　　７　　成膜室
　　８　　ホットプレート
　　９　　供給管
　１０　　基体
　１１　　排気口
　１１ａ　第１のｎ＋型半導体層
　１１ｂ　第２のｎ＋型半導体層
　１２　　ｎ－型半導体層
　１３　　ｐ型半導体層
　１４ａ　ゲート電極
　１４ｂ　ソース電極
　１４ｃ　ドレイン電極
　１５　　ゲート絶縁膜
　１６　　ｐ＋型半導体層
　４０　　サブコレクタ層
　４２　　コレクタ層
　４４　　ベース層
　４６　　エミッタ層
　４８　　キャップ層
　５２　　コレクタ電極
　５４　　ベース電極
　５６　　エミッタ電極
　６０　　基板
　７０   トレンチ
　７０a  トレンチの側面
　７０b　トレンチの底面
　７０c　トレンチの円弧部
１０１ａ　ｎ－型半導体層
１０１ｂ　ｎ＋型半導体層
１０２　　ｐ型半導体層
１０３　　金属層
１０４　　絶縁体層
１０５ａ　ショットキー電極
１０５ｂ　オーミック電極
１２１ａ　バンドギャップの広いｎ型半導体層
１２１ｂ　バンドギャップの狭いｎ型半導体層
１２１ｃ　ｎ＋型半導体層
１２３　　ｐ型半導体層
１２５ａ　ゲート電極
１２５ｂ　ソース電極
１２５ｃ　ドレイン電極
１２８　　緩衝層
１２９　　基板
１３１ａ　ｎ－型半導体層
１３１ｂ　第１のｎ＋型半導体層
１３１ｃ　第２のｎ＋型半導体層
１３２　　ｐ型半導体層
１３４　　ゲート絶縁膜
１３５ａ　ゲート電極
１３５ｂ　ソース電極
１３５ｃ　ドレイン電極
１３８　　緩衝層
１３９　　半絶縁体層
１４１ａ　ｎ－型半導体層
１４１ｂ　第１のｎ＋型半導体層
１４１ｃ　第２のｎ＋型半導体層
１４２　　ｐ型半導体層
１４５ａ　ゲート電極
１４５ｂ　ソース電極
１４５ｃ　ドレイン電極
１５１　　ｎ型半導体層
１５１ａ　ｎ－型半導体層
１５１ｂ　ｎ＋型半導体層
１５２　　ｐ型半導体層
１５４　　ゲート絶縁膜
１５５ａ　ゲート電極
１５５ｂ　エミッタ電極
１５５ｃ　コレクタ電極
１６１　　ｎ型半導体層
１６２　　ｐ型半導体層
１６３　　発光層
１６５ａ　第１の電極
１６５ｂ　第２の電極
１６７　　透光性電極
１６９　　基板
１７０　　電源システム
１７１　　電源装置
１７２　　電源装置
１７３　　制御回路
１８０　　システム装置
１８１　　電子回路
１８２　　電源システム
１９２　　インバータ
１９３　　トランス
１９４　　ＭＯＳＦＥＴ
１９５　　ＤＣＬ
１９６　　ＰＷＭ制御回路
１９７　　電圧比較器
 

Claims (19)

  1. 　２以上の金属を含む金属酸化物の混晶であって、周期律表の第９族から選択される第１の金属と周期律表の第１３族から選択される第２の金属とを少なくとも含有する前記混晶を主成分として含み、前記混晶中に含まれる全ての金属において、前記第２の金属が原子比で４０％以上を占めており、ｐ型の電気導電を有している、酸化物半導体。
  2. 　前記混晶中に含まれる全ての金属において、前記第２の金属が原子比で４０％以上７０％以下である、請求項１記載の酸化物半導体。
  3. 　前記混晶がコランダム構造を有する、請求項１または２に記載の酸化物半導体。
  4. 　前記第１の金属が、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）から選択される金属である、請求項１～３のいずれかに記載の酸化物半導体。
  5. 　前記第２の金属が、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）から選択される金属である、請求項１～４のいずれかに記載の酸化物半導体。
  6. 　前記第１の金属が、イリジウム（Ｉｒ）である、請求項４記載の酸化物半導体。
  7. 　前記第２の金属が、ガリウム（Ｇａ）である、請求項５記載の酸化物半導体。
  8. 　前記混晶中に含まれる全ての金属において、前記第１の金属が原子比で３０％以上６０％以下である、請求項１～７のいずれかに記載の酸化物半導体。
  9. 　ｐ型の電気導電を有している酸化物半導体であって、請求項１～８のいずれかに記載の酸化物半導体と、ｎ型酸化物半導体と、を有する半導体装置。
  10. 　前記ｐ型の電気導電を有している酸化物半導体に前記ｎ型酸化物半導体が少なくとも一部が接触して配置されており、前記ｐ型の電気導電を有している酸化物半導体と電気的に接続される第１の電極と、前記ｎ型酸化物半導体と電気的に接続される第２の電極と、を有する、請求項９記載の半導体装置。
  11. 　前記ｐ型の電気導電を有している酸化物半導体が膜形状を有している、請求項９記載の半導体装置。 
  12. 　前記ｎ型酸化物半導体が膜形状を有している、請求項９～１１のいずれかに記載の半導体装置。
  13. 　前記ｎ型酸化物半導体が、ｎ－型酸化物半導体である、請求項９～１２のいずれかに記載の半導体装置。
  14. 前記ｎ型酸化物半導体がｎ－型のα―Ｇａ２Ｏ３を含む、請求項９～１３のいずれかに記載の半導体装置。
  15. 　ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）、ジャンクションバリアショットキーダイオード（ＪＢＳ）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）ＩＧＢＴおよび接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）から選択される1つである請求項９～１４のいずれかに記載の半導体装置。
  16. 　シリコン基板と、前記シリコン基板上に形成された埋め込み絶縁層とを有するＳＯＩ構造をさらに含む、請求項９～１５のいずれかに記載の半導体装置。
  17. 　パワーデバイスである請求項９～１６のいずれかに記載の半導体装置。
  18. 　パワーモジュール、インバータまたはコンバータである請求項９～１７のいずれかに記載の半導体装置。
  19. 　半導体装置を備える半導体システムであって、前記半導体装置が、請求項９～１８のいずれかに記載の半導体装置である半導体システム。

     
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024005153A1 (ja) * 2022-06-29 2024-01-04 株式会社Flosfia 半導体装置および半導体装置の製造方法
EP4432332A1 (en) 2023-03-13 2024-09-18 Flosfia Inc. Laminated structure and semiconductor element
WO2024190744A1 (ja) * 2023-03-13 2024-09-19 Jsr株式会社 組成物、組成物の保管方法、および化合物

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09125283A (ja) * 1995-11-01 1997-05-13 Hitachi Ltd 耐食性被覆を有する金属部材とその被覆形成方法
US10943981B2 (en) * 2017-08-24 2021-03-09 Flosfia Inc. Semiconductor device
US20200279955A1 (en) * 2017-11-15 2020-09-03 Flosfia Inc. P-type oxide semiconductor film and method for forming same
TWI830750B (zh) * 2018-07-12 2024-02-01 日商Ｆｌｏｓｆｉａ股份有限公司 半導體裝置及半導體系統

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024005153A1 (ja) * 2022-06-29 2024-01-04 株式会社Flosfia 半導体装置および半導体装置の製造方法
EP4432332A1 (en) 2023-03-13 2024-09-18 Flosfia Inc. Laminated structure and semiconductor element
WO2024190744A1 (ja) * 2023-03-13 2024-09-19 Jsr株式会社 組成物、組成物の保管方法、および化合物
KR20240139018A (ko) 2023-03-13 2024-09-20 가부시키가이샤 플로스피아 적층 구조체 및 반도체 소자

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