[go: up one dir, main page]

JP2016157878A - Crystal oxide semiconductor film, and semiconductor device - Google Patents

Crystal oxide semiconductor film, and semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2016157878A
JP2016157878A JP2015035938A JP2015035938A JP2016157878A JP 2016157878 A JP2016157878 A JP 2016157878A JP 2015035938 A JP2015035938 A JP 2015035938A JP 2015035938 A JP2015035938 A JP 2015035938A JP 2016157878 A JP2016157878 A JP 2016157878A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxide semiconductor
semiconductor film
layer
crystalline oxide
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2015035938A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016157878A5 (en
JP6876895B2 (en
Inventor
真也 織田
Shinya Oda
真也 織田
貴博 佐々木
Takahiro Sasaki
貴博 佐々木
俊実 人羅
Toshimi Hitora
俊実 人羅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Flosfia Inc
Original Assignee
Flosfia Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Flosfia Inc filed Critical Flosfia Inc
Priority to JP2015035938A priority Critical patent/JP6876895B2/en
Publication of JP2016157878A publication Critical patent/JP2016157878A/en
Publication of JP2016157878A5 publication Critical patent/JP2016157878A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6876895B2 publication Critical patent/JP6876895B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a crystal oxide semiconductor film of which the rotation domains and warp are reduced.SOLUTION: A crystal oxide semiconductor film is formed by mist on a base through a buffer layer having a quantum well structure arranged by alternately laminating at least one first layer and at least one second layer including, as a primary component, a material different from that of the first layer. The crystal oxide semiconductor film has a corundum structure, and comprises, as a primary component, an oxide semiconductor including at least one or more kinds of a group consisting of aluminum, gallium and indium. In the film, rotation domains account for 0.02 vol.% or less.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、新規な結晶性酸化物半導体膜および前記結晶性酸化物半導体膜を用いた半導体装置に関する。   The present invention relates to a novel crystalline oxide semiconductor film and a semiconductor device using the crystalline oxide semiconductor film.

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(Ga)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。当該酸化ガリウムは、非特許文献1によれば、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とすることにより、バンドギャップを制御することが可能であり、中でも、InX1AlY1GaZ1(0≦X1≦2、0≦Y1≦2、0≦Z1≦2、X1+Y1+Z1=1.5〜2.5)で表されるInAlGaO系半導体は、極めて魅力的な材料である。 A semiconductor device using gallium oxide (Ga 2 O 3 ) having a large band gap has been attracting attention as a next-generation switching element that can achieve high breakdown voltage, low loss, and high heat resistance. Application is expected. According to Non-Patent Document 1, the gallium oxide can control the band gap by using a mixed crystal of indium and aluminum, respectively, or a combination thereof. Among them, In X1 Al Y1 Ga Z1 O 3 An InAlGaO-based semiconductor represented by (0 ≦ X1 ≦ 2, 0 ≦ Y1 ≦ 2, 0 ≦ Z1 ≦ 2, X1 + Y1 + Z1 = 1.5 to 2.5) is an extremely attractive material.

特許文献1には、α−Al基板上に、p型のα−(AlX2Ga1−X2単結晶膜(0≦X2<1)を形成したGa系半導体素子が記載されている。しかしながら、特許文献2記載の半導体素子では、結晶の品質にも問題があったりして、半導体素子に適用するには制約が多く、また、MBE法では、α−Ga単結晶膜(X2=0の場合)が作製困難であり、しかも、p型半導体を得るのに、イオン注入と高温での熱処理が必要であったため、p型のα−Gaそのものが実現困難であり、実際には、特許文献1記載の半導体素子自体は実現困難なものであった。 Patent Document 1 discloses a Ga 2 O 3 system in which a p-type α- (Al X 2 Ga 1 -X 2) 2 O 3 single crystal film (0 ≦ X2 <1) is formed on an α-Al 2 O 3 substrate. A semiconductor device is described. However, the semiconductor element described in Patent Document 2 has a problem in the quality of crystals, and there are many restrictions on application to a semiconductor element. In the MBE method, an α-Ga 2 O 3 single crystal film ( In the case of X2 = 0, it is difficult to manufacture, and in addition, p-type α-Ga 2 O 3 itself is difficult to realize because ion implantation and high-temperature heat treatment are necessary to obtain a p-type semiconductor. Actually, the semiconductor element itself described in Patent Document 1 is difficult to realize.

特許文献2には、アルミニウムおよびガリウムを含むコランダム構造酸化物結晶が記載されており、高温時の相転移が抑制されることが記載されている。しかしながら、大きなバンドギャップを有する混晶としては、まだ多くの課題があり、例えば、バッファ層として用いても、エピタキシャル成長させた結晶に回転ドメインが存在していたり、反りが発生したりして、必ずしも満足のいくものではなかった。   Patent Document 2 describes a corundum structure oxide crystal containing aluminum and gallium, and describes that phase transition at high temperatures is suppressed. However, a mixed crystal having a large band gap still has many problems.For example, even when it is used as a buffer layer, there is a rotation domain in the crystal grown epitaxially or warpage occurs. It was not satisfactory.

特開2013−58637号公報JP2013-58637A 特開2015−017027号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-017027

金子健太郎、「コランダム構造酸化ガリウム系混晶薄膜の成長と物性」、京都大学博士論文、平成25年3月Kentaro Kaneko, “Growth and Physical Properties of Corundum Structure Gallium Oxide Mixed Crystal Thin Films”, Kyoto University Doctoral Dissertation, March 2013

本発明は、回転ドメインと反りが低減された結晶性酸化物半導体膜を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a crystalline oxide semiconductor film with reduced rotational domains and warpage.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、コランダム構造を有し、かつアルミニウム、ガリウムおよびインジウムからなる1種または2種以上を少なくとも含有する酸化物半導体を主成分として含む結晶性酸化物半導体膜であって、膜中の回転ドメインの含有率が0.02体積%以下である結晶性酸化物半導体膜の創製に成功し、このような結晶性酸化物半導体膜によれば、回転ドメインだけでなく、反りも低減されており、従来の問題を一挙に解決できることを見出した。
また、本発明者らは、上記知見を得た後、さらに検討を重ねて本発明を完成させるに至った。
As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors of the present invention have, as a main component, an oxide semiconductor having a corundum structure and containing at least one or more of aluminum, gallium, and indium. A crystalline oxide semiconductor film having a rotational domain content of 0.02% by volume or less was successfully created. According to such a crystalline oxide semiconductor film, It has been found that not only the rotation domain but also the warpage is reduced, and the conventional problems can be solved all at once.
In addition, after obtaining the above knowledge, the present inventors have further studied and completed the present invention.

すなわち、本発明は、以下の発明に関する。
[1] コランダム構造を有し、かつアルミニウム、ガリウムおよびインジウムからなる1種または2種以上を少なくとも含有する酸化物半導体を主成分として含む結晶性酸化物半導体膜であって、
膜中の回転ドメインの含有率が0.02体積%以下であることを特徴とする結晶性酸化物半導体膜。
[2] 膜中の回転ドメインを実質的に含まない前記[1]記載の結晶性酸化物半導体膜。
[3] 反りが0.3μm以下である前記[1]または[2]に記載の結晶性酸化物半導体膜。
[4] 基体上にミストを用いて結晶成長されてなる前記[1]〜[3]のいずれかに記載の結晶性酸化物半導体膜。
[5] 基体上にバッファ層を介して結晶成長されてなる前記[1]〜[4]のいずれかに記載の結晶性酸化物半導体膜。
[6] バッファ層が、第1の層と、第1の層とは異なる材料を主成分とする第2の層とが、少なくとも1層ずつ交互に積層されている量子井戸構造を有する前記[5]記載の結晶性酸化物半導体膜。
[7] 量子井戸構造の第1の層の主成分が、コランダム構造を有する酸化物であり、第2の層の主成分が、アルミニウムを含む酸化物である前記[6]記載の結晶性酸化物半導体膜。
[8] 第1の層の主成分がガリウム含有酸化物半導体であり、かつ第2の層の主成分がアルミニウム含有酸化物半導体である前記[6]または[7]に記載の結晶性酸化物半導体膜。
[9] 第2の層の金属元素中のアルミニウム濃度が1原子%以上である前記[7]または[8]に記載の結晶性酸化物半導体膜。
[10] 前記[1]〜[9]のいずれかに記載の結晶性酸化物半導体膜を含む半導体装置。
[11] 半導体レーザ、ダイオードまたはトランジスタである前記[10]記載の半導体装置。
That is, the present invention relates to the following inventions.
[1] A crystalline oxide semiconductor film having a corundum structure and containing as a main component an oxide semiconductor containing at least one or more of aluminum, gallium and indium,
A crystalline oxide semiconductor film characterized in that the content of rotational domains in the film is 0.02% by volume or less.
[2] The crystalline oxide semiconductor film according to the above [1], which does not substantially contain a rotation domain in the film.
[3] The crystalline oxide semiconductor film according to [1] or [2], wherein the warp is 0.3 μm or less.
[4] The crystalline oxide semiconductor film according to any one of [1] to [3], wherein the crystal is grown on a substrate using mist.
[5] The crystalline oxide semiconductor film according to any one of [1] to [4], wherein the crystal is grown on a substrate via a buffer layer.
[6] The buffer layer has a quantum well structure in which a first layer and a second layer mainly composed of a material different from the first layer are alternately stacked at least one layer. [5] The crystalline oxide semiconductor film according to [5].
[7] The crystalline oxidation according to [6], wherein the main component of the first layer of the quantum well structure is an oxide having a corundum structure, and the main component of the second layer is an oxide containing aluminum. Semiconductor film.
[8] The crystalline oxide according to [6] or [7], wherein the main component of the first layer is a gallium-containing oxide semiconductor, and the main component of the second layer is an aluminum-containing oxide semiconductor. Semiconductor film.
[9] The crystalline oxide semiconductor film according to [7] or [8], wherein the aluminum concentration in the metal element of the second layer is 1 atomic% or more.
[10] A semiconductor device including the crystalline oxide semiconductor film according to any one of [1] to [9].
[11] The semiconductor device according to [10], which is a semiconductor laser, a diode, or a transistor.

本発明の結晶性酸化物半導体膜は、回転ドメインと反りが低減されており、半導体装置に有用である。   The crystalline oxide semiconductor film of the present invention has reduced rotation domains and warpage, and is useful for a semiconductor device.

実施例で用いた成膜装置(ミストCVD)の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the film-forming apparatus (mist CVD) used in the Example. 実施例で用いた霧化・液滴化部を説明する図である。It is a figure explaining the atomization / droplet formation part used in the Example. 図2における超音波振動子を説明する図である。It is a figure explaining the ultrasonic transducer | vibrator in FIG. 実施例におけるTEM像を示す。The TEM image in an Example is shown. 実施例におけるバッファ層のTEM像を示す。The TEM image of the buffer layer in an Example is shown. 実施例における結晶性酸化物半導体膜のXRDデータを示す。3 shows XRD data of a crystalline oxide semiconductor film in Examples. 比較例1におけるXRDデータを示す。The XRD data in the comparative example 1 are shown. 比較例2におけるXRDデータを示す。The XRD data in the comparative example 2 are shown.

本発明の結晶性酸化物半導体膜は、コランダム構造を有し、かつアルミニウム、ガリウムおよびインジウムからなる1種または2種以上を少なくとも含有する酸化物半導体を主成分として含む結晶性酸化物半導体膜であって、膜中の回転ドメインの含有率が0.02体積%以下であることを特徴とする。   The crystalline oxide semiconductor film of the present invention is a crystalline oxide semiconductor film having a corundum structure and containing an oxide semiconductor containing at least one or more of aluminum, gallium, and indium as a main component. And the content rate of the rotation domain in a film | membrane is 0.02 volume% or less, It is characterized by the above-mentioned.

「回転ドメインの含有率」は、X線回折装置を用いて測定されるものであり、より具体的には、X線回折装置を用いて得られる回転ドメインのカウント数から求めることができる。なお、前記回転ドメインの含有率は、通常、約0.02体積%以下であるが、本発明においては、0.01体積%以下であるのが好ましく、実質的に回転ドメインを含まないのがより好ましい。例えば、X線回折測定により求められる前記結晶性酸化物半導体膜中の回転ドメインのカウント数が、100000countに対して0countであるのがより好ましい。   The “rotational domain content” is measured using an X-ray diffractometer, and more specifically, can be determined from the rotational domain count obtained using the X-ray diffractometer. The content of the rotational domain is usually about 0.02% by volume or less, but in the present invention, it is preferably 0.01% by volume or less, and does not substantially contain the rotational domain. More preferred. For example, the rotational domain count in the crystalline oxide semiconductor film obtained by X-ray diffraction measurement is more preferably 0 count with respect to 100,000 count.

「主成分」とは、例えば酸化物半導体がα−Gaである場合、前記膜の金属元素中のガリウムの原子比が0.5以上の割合でα−Gaが含まれていればそれでよい。本発明においては、前記薄膜中の金属元素中のガリウムの原子比が0.7以上であることが好ましく、0.8以上であるのがより好ましい。また、結晶性酸化物半導体薄膜の厚さは、特に限定されず、1μm以下であってもよいし、1μm以上であってもよいが、本発明においては、1μm以上であることが好ましく、3μm以上であることがより好ましい。なお、前記酸化物半導体は、通常、単結晶であるが、多結晶であってもよい。 The "main component", for example, when an oxide semiconductor is α-Ga 2 O 3, the atomic ratio of gallium in a metal element of said membrane contains α-Ga 2 O 3 at a ratio of more than 0.5 If so, that's fine. In the present invention, the atomic ratio of gallium in the metal element in the thin film is preferably 0.7 or more, and more preferably 0.8 or more. The thickness of the crystalline oxide semiconductor thin film is not particularly limited, and may be 1 μm or less, or 1 μm or more. In the present invention, it is preferably 1 μm or more, and 3 μm. More preferably. Note that the oxide semiconductor is usually single crystal, but may be polycrystalline.

前記酸化物半導体は、コランダム構造を有しており、かつアルミニウム、ガリウムおよびインジウムからなる1種または2種以上を少なくとも含有していれば特に限定されない。前記酸化物半導体としては、例えば、α−Ga、α−(AlGa1−x(但し、1>X>0)、α−(InGa1−Y(但し、1>Y>0)、α−(AlZ1GaZ2InZ3(但し、1>Z1,Z2,Z3>0およびZ1+Z2+Z3=1)などが挙げられる。本発明においては、前記酸化物半導体が、少なくともガリウムを含むのが好ましい。 The oxide semiconductor is not particularly limited as long as it has a corundum structure and contains at least one or more of aluminum, gallium, and indium. Examples of the oxide semiconductor include α-Ga 2 O 3 , α- (Al x Ga 1-x ) 2 O 3 (where 1>X> 0), α- (In Y Ga 1-Y ) 2. O 3 (where 1>Y> 0), α- (Al Z1 Ga Z2 In Z3 ) 2 O 3 (where 1> Z1, Z2, Z3> 0 and Z1 + Z2 + Z3 = 1) and the like. In the present invention, the oxide semiconductor preferably contains at least gallium.

また、本発明においては、結晶性酸化物半導体膜の反りが0.3μm以下であるのが好ましく、0.25μm以下であるのがより好ましい。なお、前記「反り」は、膜の両端(例えば5mm間の両端)の点を通る最短の直線と、凹または凸の頂点との最短の距離をいう。本発明においては、例えば膜の5mm間の両端の点を通る最短の直線と、凹または凸の頂点との最短の距離を反りとした場合には、反りが0.06μm/mm以下であるのが好ましい。   In the present invention, the warp of the crystalline oxide semiconductor film is preferably 0.3 μm or less, and more preferably 0.25 μm or less. The “warp” refers to the shortest distance between the shortest straight line passing through the points at both ends of the film (for example, both ends between 5 mm) and the concave or convex vertex. In the present invention, for example, when the shortest distance between the shortest straight line passing through the points on both ends of 5 mm of the film and the concave or convex vertex is warped, the warp is 0.06 μm / mm or less. Is preferred.

前記結晶性酸化物半導体膜の形成手段は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、基体上にミストを用いて結晶成長することにより製造する手段が好ましく、基体上に、バッファ層を介して結晶成長させる手段がより好ましい。また、前記バッファ層は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、コランダム構造を有する酸化物半導体であるのが好ましく、第1の層と、第1の層とは異なる材料を主成分とする第2の層とが、少なくとも1層ずつ交互に積層されている量子井戸構造を有するのがより好ましい。前記量子井戸構造については、前記第1の層の主成分が、コランダム構造を有する酸化物であり、第2の層の主成分が、アルミニウムを含む酸化物であるのが好ましく、第1の層の主成分がガリウム含有酸化物半導体であり、かつ第2の層の主成分がアルミニウム含有酸化物半導体であるのがより好ましい。なお、「主成分」については、上記と同様である。また、本発明においては、前記第2の層が、アルミニウムを少なくとも含む場合、前記第2の層の金属元素中のアルミニウム濃度が1原子%以上であるのが好ましく、2原子%以上であるのがより好ましい。なお、アルミニウム濃度の上限は、特に限定されないが、通常、99原子%以下であり、好ましくは80原子%以下であり、より好ましくは50原子%以下であり、最も好ましくは30原子%以下である。   The means for forming the crystalline oxide semiconductor film is not particularly limited as long as it does not hinder the object of the present invention, but a means for manufacturing by crystal growth using a mist on a substrate is preferable. More preferably, the crystal growth means is used. The buffer layer is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. However, the buffer layer is preferably an oxide semiconductor having a corundum structure, and the first layer and the first layer are mainly composed of different materials. It is more preferable that the second layer has a quantum well structure in which at least one layer is alternately stacked. For the quantum well structure, the main component of the first layer is preferably an oxide having a corundum structure, and the main component of the second layer is preferably an oxide containing aluminum. More preferably, the main component is a gallium-containing oxide semiconductor, and the main component of the second layer is an aluminum-containing oxide semiconductor. The “main component” is the same as described above. In the present invention, when the second layer contains at least aluminum, the aluminum concentration in the metal element of the second layer is preferably 1 atomic% or more, and preferably 2 atomic% or more. Is more preferable. The upper limit of the aluminum concentration is not particularly limited, but is usually 99 atomic percent or less, preferably 80 atomic percent or less, more preferably 50 atomic percent or less, and most preferably 30 atomic percent or less. .

以下、前記結晶性酸化物半導体膜の好ましい製造方法として、基体上にミストを用いて、前記の量子井戸構造を有するバッファ層を介して結晶成長させる手段等を説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。   Hereinafter, as a preferable method for producing the crystalline oxide semiconductor film, means for growing a crystal through the buffer layer having the quantum well structure using mist on a substrate will be described. It is not limited to.

ミストを用いて結晶成長させる好適な手段として、原料溶液を霧化または液滴化して生成されるミストまたは液滴を、キャリアガスでもって基体まで搬送し、ついで該基体上で該ミストまたは該液滴を反応させてバッファ層を形成する。なお、原料溶液を、第1の層の原料溶液および第2の層の原料溶液として、交互に使用することで、バッファ層として、第1の層と第2の層とが交互に積層されている量子井戸構造を形成することができる。バッファ層形成後は、上記と同様にして、バッファ層上に前記結晶性酸化物半導体膜を成膜する。   As a suitable means for crystal growth using mist, the mist or droplet generated by atomizing or dropletizing the raw material solution is transported to the substrate with a carrier gas, and then the mist or the liquid on the substrate. The drops are reacted to form a buffer layer. By using the raw material solution alternately as the first layer raw material solution and the second layer raw material solution, the first layer and the second layer are alternately stacked as the buffer layer. A quantum well structure can be formed. After the buffer layer is formed, the crystalline oxide semiconductor film is formed over the buffer layer in the same manner as described above.

(原料溶液)
原料溶液は、霧化または液滴化が可能な材料を含んでおり、アルミニウム、ガリウムおよびインジウムからなる1種または2種以上を少なくとも含有していれば特に限定されず、無機材料であっても、有機材料であってもよいが、本発明においては、金属または金属化合物であるのが好ましく、ガリウム、鉄、インジウム、アルミニウム、バナジウム、チタン、クロム、ロジウム、ニッケル、コバルト、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、シリコン、イットリウム、ストロンチウムおよびバリウムから選ばれる1種または2種以上の金属を含むのがより好ましい。
(Raw material solution)
The raw material solution includes a material that can be atomized or formed into droplets, and is not particularly limited as long as it contains at least one or more of aluminum, gallium, and indium. In the present invention, it is preferably a metal or a metal compound. Gallium, iron, indium, aluminum, vanadium, titanium, chromium, rhodium, nickel, cobalt, zinc, magnesium, calcium More preferably, it contains one or more metals selected from silicon, yttrium, strontium and barium.

本発明においては、前記原料溶液として、前記金属を錯体または塩の形態で有機溶媒または水に溶解または分散させたものを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。   In the present invention, as the raw material solution, a solution in which the metal is dissolved or dispersed in an organic solvent or water in the form of a complex or a salt can be suitably used. Examples of complex forms include acetylacetonate complexes, carbonyl complexes, ammine complexes, hydride complexes, and the like. Examples of the salt form include organic metal salts (for example, metal acetates, metal oxalates, metal citrates, etc.), sulfide metal salts, nitrate metal salts, phosphorylated metal salts, metal halide salts (for example, metal chlorides). Salt, metal bromide salt, metal iodide salt, etc.).

また、前記原料溶液には、ハロゲン化水素酸や酸化剤等の添加剤を混合してもよい。前記ハロゲン化水素酸としては、例えば、臭化水素酸、塩酸、ヨウ化水素酸などが挙げられるが、中でも、臭化水素酸またはヨウ化水素酸が好ましい。前記酸化剤としては、例えば、過酸化水素(H)、過酸化ナトリウム(Na)、過酸化バリウム(BaO)、過酸化ベンゾイル(CCO)等の過酸化物、次亜塩素酸(HClO)、過塩素酸、硝酸、オゾン水、過酢酸やニトロベンゼン等の有機過酸化物などが挙げられる。 Moreover, you may mix additives, such as a hydrohalic acid and an oxidizing agent, with the said raw material solution. Examples of the hydrohalic acid include hydrobromic acid, hydrochloric acid, hydroiodic acid, etc. Among them, hydrobromic acid or hydroiodic acid is preferable. Examples of the oxidizing agent include hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), sodium peroxide (Na 2 O 2 ), barium peroxide (BaO 2 ), and benzoyl peroxide (C 6 H 5 CO) 2 O 2. Peroxides, hypochlorous acid (HClO), perchloric acid, nitric acid, ozone water, organic peroxides such as peracetic acid and nitrobenzene.

前記原料溶液には、ドーパントが含まれていてもよい。前記ドーパントは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されない。前記ドーパントとしては、例えば、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウムまたはニオブ等のn型ドーパント、またはp型ドーパントなどが挙げられる。ドーパントの濃度は、通常、約1×1016/cm〜1×1022/cmであってもよいし、また、ドーパントの濃度を例えば約1×1017/cm以下の低濃度にしてもよい。また、さらに、本発明によれば、ドーパントを約1×1020/cm以上の高濃度で含有させてもよい。 The raw material solution may contain a dopant. The dopant is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. Examples of the dopant include n-type dopants such as tin, germanium, silicon, titanium, zirconium, vanadium or niobium, or p-type dopants. The concentration of the dopant may usually be about 1 × 10 16 / cm 3 to 1 × 10 22 / cm 3 , and the concentration of the dopant is set to a low concentration of about 1 × 10 17 / cm 3 or less, for example. May be. Furthermore, according to the present invention, the dopant may be contained at a high concentration of about 1 × 10 20 / cm 3 or more.

(基体)
前記基体は、前記膜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。
(Substrate)
The substrate is not particularly limited as long as it can support the film. The material of the substrate is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, 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 all shapes, for example, a plate shape such as a flat plate or a disk, a fiber shape, a rod shape, a columnar shape, a prismatic shape, A cylindrical shape, a spiral shape, a spherical shape, a ring shape and the like can be mentioned. In the present invention, a substrate is preferable. The thickness of the substrate is not particularly limited in the present invention.

前記基板は、板状であって、前記結晶膜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、例えば、コランダム構造を有する基板材料を主成分として含む下地基板、またはβ−ガリア構造を有する基板材料を主成分として含む下地基板、六方晶構造を有する基板材料を主成分として含む下地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。   The substrate is not particularly limited as long as it is plate-shaped and serves as a support for the crystal film. The substrate 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. A substrate is also preferred. Examples of the substrate include a base substrate containing a substrate material having a corundum structure as a main component, a base substrate containing a substrate material having a β-gallia structure as a main component, and a substrate material having a hexagonal crystal structure as a main component. Examples thereof include a base substrate. Here, the “main component” means that the substrate material having the specific crystal structure is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, and still more preferably 90% by atomic ratio with respect to all components of the substrate material. % Or more, and it may be 100%.

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材料としては、例えば、前記のコランダム構造を有する材料として例示したものと同じものなどが挙げられるが、本発明においては、α−Alまたはα−Gaが好ましい。そして、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としては、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好適な例として挙げられる。β−ガリア構造を有する基板材料を主成分とする下地基板としては、例えばβ−Ga基板、又はGaとAlとを含みAlが0wt%より多くかつ60wt%以下である混晶体基板などが挙げられる。また、六方晶構造を有する基板材料を主成分とする下地基板としては、例えば、SiC基板、ZnO基板、GaN基板などが挙げられる。なお、六方晶構造を有する基板材料を主成分とする下地基板上には、直接または別の層(例:緩衝層)を介して、各層を積層してもよい。 The substrate material is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, and may be a known material. Examples of the substrate material having the corundum structure include the same materials as those exemplified as the material having the corundum structure. In the present invention, α-Al 2 O 3 or α-Ga 2 O is used. 3 is preferred. As a base substrate mainly composed of a substrate material having a corundum structure, a sapphire substrate (preferably a c-plane sapphire substrate), an α-type gallium oxide substrate, or the like is given as a suitable example. As a base substrate mainly composed of a substrate material having a β-gallia structure, for example, a β-Ga 2 O 3 substrate, or a Ga 2 O 3 and Al 2 O 3 containing Al 2 O 3 content of more than 0 wt% Examples thereof include a mixed crystal substrate of 60 wt% or less. In addition, examples of the base substrate whose main component is a substrate material having a hexagonal crystal structure include a SiC substrate, a ZnO substrate, and a GaN substrate. Note that each layer may be stacked directly or via another layer (for example, a buffer layer) on a base substrate whose main component is a substrate material having a hexagonal crystal structure.

本発明においては、前記基体が、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であるのが好ましく、サファイア基板またはα型酸化ガリウム基板であるのがより好ましく、c面サファイア基板であるのが最も好ましい。   In the present invention, the base is preferably a base substrate mainly composed of a substrate material having a corundum structure, more preferably a sapphire substrate or an α-type gallium oxide substrate, and a c-plane sapphire substrate. Is most preferred.

(積層方法)
バッファ層の積層は、ミストCVD法により行うのが好ましい。前記ミストCVDでは、前記原料溶液を霧化または液滴化し(霧化・液滴化工程)、生成されるミストまたは液滴をキャリアガスによって前記基体に供給し(ミスト・液滴供給工程)、供給されたミストまたは液滴を反応させて、前記基体上に成膜する(成膜工程)。
(Lamination method)
The buffer layer is preferably stacked by a mist CVD method. In the mist CVD, the raw material solution is atomized or dropletized (atomization / droplet forming step), and the generated mist or droplet is supplied to the substrate by a carrier gas (mist / droplet supplying step). The supplied mist or droplets are reacted to form a film on the substrate (film formation process).

前記霧化・液滴化工程は、原料溶液を調整し、前記原料溶液を霧化または液滴化してミストを発生させる。前記金属の配合割合は、特に限定されないが、原料溶液全体に対して、0.0001mol/L〜20mol/Lが好ましい。霧化または液滴化手段は、前記原料溶液を霧化または液滴化できさえすれば特に限定されず、公知の霧化手段または液滴化手段であってよいが、本発明においては、超音波を用いる霧化手段または液滴化手段であるのが好ましい。前記ミストまたは前記液滴は、初速度がゼロで、空中に浮遊するものが好ましく、例えば、スプレーのように吹き付けるのではなく、空間に浮かびガスとして搬送することが可能なミストであるのがより好ましい。液滴サイズは、特に限定されず、数mm程度の液滴であってもよいが、好ましくは50μm以下であり、より好ましくは1〜10μmである。   In the atomization / droplet forming step, a raw material solution is prepared, and the raw material solution is atomized or formed into droplets to generate mist. The blending ratio of the metal is not particularly limited, but is preferably 0.0001 mol / L to 20 mol / L with respect to the entire raw material solution. The atomization or droplet formation means is not particularly limited as long as the raw material solution can be atomized or dropletized, and may be a known atomization means or droplet formation means. An atomizing means or a droplet forming means using sound waves is preferable. The mist or the droplet preferably has a zero initial velocity and floats in the air.For example, the mist or the droplet is more preferably a mist that floats in a space and can be transported as a gas instead of spraying like a spray preferable. The droplet size is not particularly limited and may be a droplet of about several mm, but is preferably 50 μm or less, and more preferably 1 to 10 μm.

前記ミスト・液滴供給工程では、前記キャリアガスによって前記ミストまたは前記液滴を基体へ供給する。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好適な例として挙げられる。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。キャリアガスの流量は、特に限定されないが、反応炉内での線速(より具体的には、反応炉は高温になっており、環境に依存して変化してしまうため、室温を仮定して換算される線速)で、0.1m/s〜100m/sが好ましく、1m/s〜10m/sがより好ましい。   In the mist / droplet supplying step, the mist or the droplet is supplied to the substrate by the carrier gas. The type of the carrier gas is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. For example, an inert gas such as oxygen, ozone, nitrogen or argon, or a reducing gas such as hydrogen gas or forming gas is preferable. As mentioned. Further, the type of carrier gas may be one type, but may be two or more types, and a diluent gas (for example, a 10-fold diluted gas) whose carrier gas concentration is changed is used as the second carrier gas. Further, it may be used. Further, the supply location of the carrier gas is not limited to one location but may be two or more locations. The flow rate of the carrier gas is not particularly limited, but the linear velocity in the reactor (more specifically, the reactor is at a high temperature and changes depending on the environment. 0.1 m / s to 100 m / s is preferable, and 1 m / s to 10 m / s is more preferable.

成膜工程では、前記ミストまたは前記液滴を反応させて、前記基体表面の一部または全部に成膜する。前記反応は、前記ミストまたは前記液滴から膜が形成される反応であれば特に限定されないが、本発明においては、熱反応が好ましい。前記熱反応は、熱でもって前記ミストまたは前記液滴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、高すぎない温度以下が好ましい。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素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、大気圧下で行われるのが蒸発温度の計算が簡単になる等の点で好ましい。なお、真空の場合には、蒸発温度を下げることができる。また、膜厚は成膜時間を調整することにより、設定することができる。本発明においては、前記の量子井戸における第1の層および第2の層の厚さは特に限定されないが、それぞれ200nm以下であるのが好ましく、100nm以下であるのがより好ましく、20nm以下であるのが最も好ましい。   In the film forming step, the mist or the droplet is reacted to form a film on a part or all of the substrate surface. The reaction is not particularly limited as long as it is a reaction in which a film is formed from the mist or the droplet, but in the present invention, a thermal reaction is preferable. The thermal reaction may be performed as long as the mist or the droplet reacts with heat, and the reaction conditions are not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. In this step, the thermal reaction is usually performed at a temperature not lower than the evaporation temperature of the solvent, but is preferably not higher than the temperature. Further, the thermal reaction may be performed in any atmosphere of a vacuum, a non-oxygen atmosphere, a reducing gas atmosphere, and an oxygen atmosphere as long as the object of the present invention is not impaired. Although the reaction may be performed under reduced pressure or reduced pressure, in the present invention, the reaction is preferably performed under atmospheric pressure from the viewpoint of simplifying the calculation of the evaporation temperature. In the case of a vacuum, the evaporation temperature can be lowered. The film thickness can be set by adjusting the film formation time. In the present invention, the thicknesses of the first layer and the second layer in the quantum well are not particularly limited, but are preferably 200 nm or less, more preferably 100 nm or less, and more preferably 20 nm or less. Is most preferred.

バッファ層の形成後、バッファ層上に、コランダム構造を有し、かつアルミニウム、ガリウムおよびインジウムからなる1種または2種以上を少なくとも含有する酸化物半導体を主成分として含む結晶性酸化物半導体膜を形成する。   After the buffer layer is formed, a crystalline oxide semiconductor film including, as a main component, an oxide semiconductor having a corundum structure and containing at least one or more of aluminum, gallium, and indium on the buffer layer Form.

本発明においては、結晶性酸化物半導体膜の形成は、公知の手段を用いてもよく、前記のバッファ層の形成と同様であってよいが、本発明においては、ミストCVD法により、結晶性酸化物半導体膜を形成するのが好ましい。より具体的に例えば、原料溶液を霧化または液滴化して生成されるミストまたは液滴を、キャリアガスでもって基体まで搬送し、ついで該基体上で該ミストまたは該液滴を反応させて結晶性酸化物半導体膜を形成する。なお、原料溶液および基体については、前記のバッファ層形成における原料溶液および基体と同様であってよい。また、積層方法についても、前記のバッファ層形成における積層方法と同様であってよい。   In the present invention, the crystalline oxide semiconductor film may be formed by a known means, which may be the same as the formation of the buffer layer, but in the present invention, the crystalline oxide semiconductor film is formed by mist CVD. An oxide semiconductor film is preferably formed. More specifically, for example, a mist or droplet generated by atomizing or dropletizing a raw material solution is transported to a substrate with a carrier gas, and then the mist or the droplet is reacted on the substrate to form a crystal. A conductive oxide semiconductor film is formed. The raw material solution and the substrate may be the same as the raw material solution and the substrate in the buffer layer formation described above. Also, the lamination method may be the same as the lamination method in the buffer layer formation.

上記のようにして、量子井戸構造を有するバッファ層を介して得られた結晶性酸化物半導体膜は、膜中の回転ドメインの含有率が、0.02体積%以下であり、さらに、反りも低減されている。   As described above, the crystalline oxide semiconductor film obtained through the buffer layer having the quantum well structure has a rotational domain content in the film of 0.02% by volume or less, and further warps. Has been reduced.

前記結晶性酸化物半導体膜は、前記基体および前記バッファ層とともに、積層構造体として、半導体装置等に用いることができる。また、本発明においては、前記結晶性酸化物半導体膜を、前記基体等から剥離する等の公知の手段を用いた後に、半導体装置等に用いてもよい。   The crystalline oxide semiconductor film can be used for a semiconductor device or the like as a stacked structure together with the base and the buffer layer. In the present invention, the crystalline oxide semiconductor film may be used for a semiconductor device or the like after using a known means such as peeling from the substrate or the like.

前記結晶性酸化物半導体膜または前記結晶性積層構造体を用いて形成される半導体装置としては、例えば、半導体レーザ、ダイオードまたはトランジスタなどが挙げられ、より具体的には例えば、MISやHEMT等のトランジスタやTFT、半導体‐金属接合を利用したショットキーバリアダイオード、他のP層と組み合わせたPN又はPINダイオード、受発光素子等が挙げられる。   Examples of the semiconductor device formed using the crystalline oxide semiconductor film or the crystalline stacked structure include a semiconductor laser, a diode, and a transistor, and more specifically, for example, MIS and HEMT. Examples include transistors, TFTs, Schottky barrier diodes using semiconductor-metal junctions, PN or PIN diodes combined with other P layers, and light emitting / receiving elements.

1.成膜装置
まず、図面を用いて、本実施例で用いた成膜装置1を説明する。成膜装置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、原料溶液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までをつなぐ石英製の供給管9と、成膜室7内に設置されたホットプレート8とを備えている。ホットプレート8上には、基板10が設置されている。
図2は、霧化・液滴化部を示している。原料溶液4aが収容されている容器からなるミスト発生源4が、水5aが収容されている容器5に、支持体(図示せず)を用いて収納されている。容器5の底部には、超音波振動子6が備え付けられており、超音波振動子6と発振器16とが接続されている。そして、発振器16を作動させると、超音波振動子6が振動し、水5aを介して、ミスト発生源4内に超音波が伝播し、原料溶液4aが霧化または液滴するように構成されている。
図3は、図2に示されている超音波振動子6を示している。超音波振動子6は、支持体6e上の円筒状の弾性体6d内に、円板状の圧電体素子6bが備え付けられており、圧電体素子6bの両面に電極6a、6cが設けられている。そして、電極に発振器を接続して発振周波数を変更すると、圧電振動子の厚さ方向の共振周波数及び径方向の共振周波数を持つ超音波が発生されるように構成されている。
1. Film Forming Apparatus First, the film forming apparatus 1 used in this example will be described with reference to the drawings. The film forming apparatus 1 includes a carrier gas source 2a for supplying a carrier gas, a flow rate adjusting valve 3a for adjusting the flow rate of the carrier gas sent out from the carrier gas source 2a, and a carrier gas for supplying a carrier gas (dilution). A dilution source 2b, a flow rate adjusting valve 3b for adjusting the flow rate of the carrier gas (dilution) sent from the carrier gas (dilution) source 2b, a mist generating source 4 in which the raw material solution 4a is accommodated, and water 5a. A container 5 to be placed, an ultrasonic vibrator 6 attached to the bottom surface of the container 5, a film forming chamber 7, a quartz supply pipe 9 connecting the mist generating source 4 to the film forming chamber 7, and a film forming chamber 7 and a hot plate 8 installed inside. A substrate 10 is installed on the hot plate 8.
FIG. 2 shows an atomizing / droplet forming unit. A mist generating source 4 composed of a container in which the raw material solution 4a is accommodated is accommodated in a container 5 in which water 5a is accommodated using a support (not shown). An ultrasonic transducer 6 is provided at the bottom of the container 5, and the ultrasonic transducer 6 and the oscillator 16 are connected to each other. Then, when the oscillator 16 is operated, the ultrasonic vibrator 6 vibrates, the ultrasonic wave propagates into the mist generation source 4 through the water 5a, and the raw material solution 4a is atomized or droplets configured. ing.
FIG. 3 shows the ultrasonic transducer 6 shown in FIG. The ultrasonic transducer 6 includes a disk-like piezoelectric element 6b in a cylindrical elastic body 6d on a support 6e, and electrodes 6a and 6c are provided on both sides of the piezoelectric element 6b. Yes. When the oscillator is connected to the electrode and the oscillation frequency is changed, an ultrasonic wave having a resonance frequency in the thickness direction and a resonance frequency in the radial direction of the piezoelectric vibrator is generated.

2.原料溶液の作製
(第1の層の原料溶液)
アルミニウムアセチルアセトナート9mol/Lに対し、ガリウムアセチルアセトナート3mol/Lの割合となるように水溶液を調整し、この際、さらに塩酸を体積比で2%となるように含有させ、これを第1の原料溶液とした。
(第2の層の原料溶液)
ガリウムに対するゲルマニウムの原子比が1:0.01となるように酸化ゲルマニウムを添加した臭化ガリウム0.1mol/Lの水溶液を調整し、この際、さらに48%臭化水素酸溶液を体積比で10%となるように含有させ、これを第2の原料溶液とした。
2. Preparation of raw material solution (first layer raw material solution)
The aqueous solution was adjusted to a ratio of 3 mol / L of gallium acetylacetonate to 9 mol / L of aluminum acetylacetonate. At this time, hydrochloric acid was further contained at a volume ratio of 2%. A raw material solution was prepared.
(Secondary layer raw material solution)
A 0.1 mol / L aqueous solution of gallium bromide to which germanium oxide was added was prepared so that the atomic ratio of germanium to gallium was 1: 0.01. At this time, a 48% hydrobromic acid solution was further added at a volume ratio. It was made to contain so that it might become 10%, and let this be the 2nd raw material solution.

(結晶性酸化物半導体膜の原料溶液)
ガリウムに対するゲルマニウムの原子比が1:0.01となるように酸化ゲルマニウムを添加した臭化ガリウム0.1mol/Lの水溶液を調整し、この際、さらに48%臭化水素酸溶液を体積比で10%となるように含有させ、これを第3の原料溶液とした。
(Raw material solution for crystalline oxide semiconductor film)
A 0.1 mol / L aqueous solution of gallium bromide to which germanium oxide was added was prepared so that the atomic ratio of germanium to gallium was 1: 0.01. At this time, a 48% hydrobromic acid solution was further added at a volume ratio. It was contained so that it might become 10%, and this was made into the 3rd raw material solution.

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、基板10として4インチのc面サファイア基板を用いて、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を作動させて成膜室7内の温度を500℃にまで昇温させた。次に、流量調節弁3(3a、3b)を開いてキャリアガス源2(2a、2b)からキャリアガスを成膜室7内に供給し、成膜室7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5L/minに、キャリアガス(希釈)の流量を0.5L/min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。
3. Preparation of film formation The raw material solution 4a obtained in the above was accommodated in the mist generating source 4. Next, using a 4-inch c-plane sapphire substrate as the substrate 10, the c-plane sapphire substrate is placed on the hot plate 8, and the hot plate 8 is operated to raise the temperature in the film forming chamber 7 to 500 ° C. Allowed to warm. Next, the flow rate adjusting valve 3 (3a, 3b) is opened to supply the carrier gas from the carrier gas source 2 (2a, 2b) into the film forming chamber 7, and the atmosphere in the film forming chamber 7 is sufficiently replaced with the carrier gas. After that, the flow rate of the carrier gas was adjusted to 5 L / min, and the flow rate of the carrier gas (dilution) was adjusted to 0.5 L / min. Note that oxygen was used as a carrier gas.

4.バッファ層の形成
超音波振動子6を2.4MHzで振動させ、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を微粒子化させて原料微粒子4bを生成した。この原料微粒子4bが、キャリアガスによって成膜室7内に導入され、そして、大気圧下、600℃にて、成膜室7内でミストが反応して、基板10上に薄膜が形成された。なお、原料溶液4aとして、上記2.で得られた第1の原料溶液と第2の原料溶液とを交互に使用することで、第1の層と第2の層とが交互に各50層ずつ積層されている量子井戸構造を有するバッファ層を形成した。なお、第1の原料溶液を使用した成膜時間は3分/層であり、第2の原料溶液を使用した成膜時間は30秒/層であった。また、X線回折装置を用いて同定したところ、第1の層は、アルミニウム濃度が2原子%であるα−(Al0.02Ga0.98で構成されており、第2の層は、α−Gaで構成されていた。
4). Formation of Buffer Layer The ultrasonic vibrator 6 was vibrated at 2.4 MHz, and the vibration was propagated to the raw material solution 4a through the water 5a, whereby the raw material solution 4a was made fine to produce raw material fine particles 4b. The raw material fine particles 4b were introduced into the film forming chamber 7 by the carrier gas, and the mist reacted in the film forming chamber 7 at 600 ° C. under atmospheric pressure to form a thin film on the substrate 10. . As the raw material solution 4a, 2. By using alternately the first raw material solution and the second raw material solution obtained in step 1, the first layer and the second layer have a quantum well structure in which 50 layers are stacked alternately. A buffer layer was formed. The film formation time using the first raw material solution was 3 minutes / layer, and the film formation time using the second raw material solution was 30 seconds / layer. Moreover, were identified using X-ray diffraction apparatus, the first layer, the aluminum concentration is 2 atomic% α- (Al 0.02 Ga 0.98) is constituted by 2 O 3, a second The layer was composed of α-Ga 2 O 3 .

5.結晶性酸化物半導体膜の形成
第3の原料溶液を原料溶液4aとして用いて、超音波振動子6を2.4MHzで振動させ、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を微粒子化させて原料微粒子4bを生成した。この原料微粒子4bが、キャリアガスによって成膜室7内に導入され、そして、大気圧下、500℃にて、成膜室7内でミストが反応して、バッファ層上に薄膜が形成された。なお、成膜時間は180分であり、膜厚は8μmであった。得られた薄膜について、X線回折装置(リガク社製、Smartlab)を用いて測定したところ、α−Gaであり、回転ドメインの含有率は0%であった。なお、得られた結晶性酸化物半導体膜のTEM像を図4に示し、バッファ層のTEM像を図5に示す。また、XRDデータを図6に示す。
5. Formation of Crystalline Oxide Semiconductor Film Using the third raw material solution as the raw material solution 4a, the ultrasonic vibrator 6 is vibrated at 2.4 MHz, and the vibration is propagated to the raw material solution 4a through the water 5a. The raw material solution 4a was atomized to generate raw material fine particles 4b. The raw material fine particles 4b were introduced into the film forming chamber 7 by the carrier gas, and the mist reacted in the film forming chamber 7 at 500 ° C. under atmospheric pressure to form a thin film on the buffer layer. . The film formation time was 180 minutes and the film thickness was 8 μm. The resulting thin film, X-rays diffractometer (manufactured by Rigaku Corporation, SmartLab) was measured using a a α-Ga 2 O 3, the content of rotational domain was 0%. Note that a TEM image of the obtained crystalline oxide semiconductor film is shown in FIG. 4, and a TEM image of the buffer layer is shown in FIG. XRD data is shown in FIG.

(比較例1)
原料溶液として下記の比較例用原料溶液を用いて、成膜温度を600℃とし、成膜時間を60分としたこと以外は、上記5.と同様にして成膜することによりバッファ層を形成した。バッファ層の形成後、上記5.と同様にして、バッファ層上に成膜することにより、α−Ga膜を形成した。相の同定は、X線回折装置を用いた。XRDデータを図7に示す。
(Comparative Example 1)
The above 5. except that the following raw material solution for comparative example was used as the raw material solution, the film forming temperature was 600 ° C., and the film forming time was 60 minutes. A buffer layer was formed by forming a film in the same manner as described above. After the formation of the buffer layer, the above 5. In the same manner as described above, an α-Ga 2 O 3 film was formed by forming a film on the buffer layer. An X-ray diffractometer was used for phase identification. XRD data is shown in FIG.

(比較例1用原料溶液)
アルミニウムアセチルアセトナート14mol/Lに対し、ガリウムアセチルアセトナート2mol/Lの割合となるように水溶液を調整し、この際、さらに塩酸を体積比で2%となるように含有させ、これを比較例用原料溶液とした。
(Raw material solution for Comparative Example 1)
An aqueous solution was prepared so as to have a ratio of 2 mol / L of gallium acetylacetonate with respect to 14 mol / L of aluminum acetylacetonate. At this time, hydrochloric acid was further added to a volume ratio of 2%. A raw material solution was obtained.

(比較例2)
バッファ層を形成しなかったこと以外、上記実施例と同様にしてα−Ga膜を形成した。XRDデータを図8に示す。
(Comparative Example 2)
An α-Ga 2 O 3 film was formed in the same manner as in the above example except that the buffer layer was not formed. XRD data is shown in FIG.

6.評価
上記5.で得られた結晶性酸化物半導体膜および比較例で得られたα−Ga膜について、各物性を評価した。結果を下記表1に示す。なお、反りは、5mm間の両端の点を通る最短の直線と、凹または凸の頂点との最短の距離を測定した。また、表1中、「1010異相ピークの有無」は、1 0 10面の逆格子マッピングを測定し、基板と膜以外のピークの有無を確認した。また、回転ドメインの含有率等は、X線回折装置(リガク社製、Smartlab)を用いて測定した。なお、測定の条件は次の通りである。
6). Evaluation 5. The physical properties of the crystalline oxide semiconductor film obtained in 1 and the α-Ga 2 O 3 film obtained in the comparative example were evaluated. The results are shown in Table 1 below. In addition, curvature measured the shortest distance of the shortest straight line which passed the point of both ends between 5 mm, and a concave or convex vertex. In Table 1, “1010 different phase peak presence / absence” was measured by reciprocal lattice mapping on 10 10 planes to confirm the presence / absence of peaks other than the substrate and film. Moreover, the content rate etc. of the rotation domain were measured using the X-ray-diffraction apparatus (the Rigaku company make, Smartlab). The measurement conditions are as follows.

(X線測定条件)
104面Φスキャンを実施
XG_CURRENT 200mA
XG_VOLTAGE 45kV
X線源 CuKα1
検出器 モノクロメータ SC−70
SCAN_SPEED 200 deg/min
SCAN_STEP 0.200 deg
Φスキャン 0〜360deg
CBO選択スリット PB
入射光学素子 Ge(220)x2
入射平行スリット Soller_slit_open
長手制限スリット 5.0mm
受光平行スリット Soller_slit_5.0deg
受光光学素子 PSA_open
受光平行スリット Soller_slit_5.0deg
HV 660V
PHA 561.25mV
(X-ray measurement conditions)
104 surface Φ scan
XG_CURRENT 200mA
XG_VOLTAGE 45kV
X-ray source CuKα1
Detector Monochromator SC-70
SCAN_SPEED 200 deg / min
SCAN_STEP 0.200 deg
Φ scan 0-360deg
CBO selection slit PB
Incident optical element Ge (220) x2
Incident parallel slit Soller_slit_open
Longitudinal restriction slit 5.0mm
Light receiving parallel slit Soller_slit_5.0 deg
Receiving optical element PSA_open
Light receiving parallel slit Soller_slit_5.0 deg
HV 660V
PHA 561.25mV

表1の結果から、実施例のα−Ga膜は、回転ドメインがなく、結晶性等の成膜品質に優れており、反りも低減されていることがわかる。 From the results in Table 1, it can be seen that the α-Ga 2 O 3 films of the examples have no rotation domain, are excellent in film formation quality such as crystallinity, and have reduced warpage.

また、実施例および比較例2のα−Ga膜につき、ホール効果測定を実施した。結果を下記表2に示す。表2の結果から、本発明の結晶性酸化物半導体膜は、電気特性も優れていることがわかる。 In addition, Hall effect measurement was performed on the α-Ga 2 O 3 films of Examples and Comparative Example 2. The results are shown in Table 2 below. From the results in Table 2, it can be seen that the crystalline oxide semiconductor film of the present invention has excellent electrical characteristics.

本発明の結晶性酸化物半導体膜は、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、特に、半導体装置に有用である。   The crystalline oxide semiconductor film of the present invention can be used in various fields such as semiconductors (for example, compound semiconductor electronic devices), electronic parts / electric equipment parts, optical / electrophotographic related apparatuses, industrial members, etc. Useful for equipment.

1 成膜装置
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 原料微粒子
5 容器
5a 水
6 超音波振動子
6a 電極
6b 圧電体素子
6c 電極
6d 弾性体
6e 支持体
7 成膜室
8 ホットプレート
9 供給管
10 基板
16 発振器

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Film-forming apparatus 2a Carrier gas source 2b Carrier gas (dilution) source 3a Flow control valve 3b Flow control valve 4 Mist generation source 4a Raw material solution 4b Raw material fine particle 5 Container 5a Water 6 Ultrasonic vibrator 6a Electrode 6b Piezoelectric element 6c Electrode 6d Elastic body 6e Support body 7 Deposition chamber 8 Hot plate 9 Supply pipe 10 Substrate 16 Oscillator

Claims (11)

コランダム構造を有し、かつアルミニウム、ガリウムおよびインジウムからなる1種または2種以上を少なくとも含有する酸化物半導体を主成分として含む結晶性酸化物半導体膜であって、
膜中の回転ドメインの含有率が0.02体積%以下であることを特徴とする結晶性酸化物半導体膜。
A crystalline oxide semiconductor film having a corundum structure and an oxide semiconductor containing at least one or more of aluminum, gallium and indium as a main component,
A crystalline oxide semiconductor film characterized in that the content of rotational domains in the film is 0.02% by volume or less.
膜中の回転ドメインを実質的に含まない請求項1記載の結晶性酸化物半導体膜。   2. The crystalline oxide semiconductor film according to claim 1, which contains substantially no rotation domain in the film. 反りが0.3μm以下である請求項1または2に記載の結晶性酸化物半導体膜。   The crystalline oxide semiconductor film according to claim 1, wherein the warp is 0.3 μm or less. 基体上にミストを用いて結晶成長されてなる請求項1〜3のいずれかに記載の結晶性酸化物半導体膜。   The crystalline oxide semiconductor film according to claim 1, wherein the crystalline oxide semiconductor film is grown on a substrate using mist. 基体上にバッファ層を介して結晶成長されてなる請求項1〜4のいずれかに記載の結晶性酸化物半導体膜。   The crystalline oxide semiconductor film according to claim 1, wherein the crystalline oxide semiconductor film is grown on a substrate via a buffer layer. バッファ層が、第1の層と、第1の層とは異なる材料を主成分とする第2の層とが、少なくとも1層ずつ交互に積層されている量子井戸構造を有する請求項5記載の結晶性酸化物半導体膜。   The buffer layer has a quantum well structure in which the first layer and the second layer mainly composed of a material different from the first layer are alternately stacked at least one layer. Crystalline oxide semiconductor film. 量子井戸構造の第1の層の主成分が、コランダム構造を有する酸化物であり、第2の層の主成分が、アルミニウムを含む酸化物である請求項6記載の結晶性酸化物半導体膜。   The crystalline oxide semiconductor film according to claim 6, wherein a main component of the first layer of the quantum well structure is an oxide having a corundum structure, and a main component of the second layer is an oxide containing aluminum. 第1の層の主成分がガリウム含有酸化物半導体であり、かつ第2の層の主成分がアルミニウム含有酸化物半導体である請求項6または7に記載の結晶性酸化物半導体膜。   The crystalline oxide semiconductor film according to claim 6 or 7, wherein a main component of the first layer is a gallium-containing oxide semiconductor, and a main component of the second layer is an aluminum-containing oxide semiconductor. 第2の層の金属元素中のアルミニウム濃度が1原子%以上である請求項7または8に記載の結晶性酸化物半導体膜。   The crystalline oxide semiconductor film according to claim 7 or 8, wherein the aluminum concentration in the metal element of the second layer is 1 atomic% or more. 請求項1〜9のいずれかに記載の結晶性酸化物半導体膜を含む半導体装置。   A semiconductor device comprising the crystalline oxide semiconductor film according to claim 1. 半導体レーザ、ダイオードまたはトランジスタである請求項10記載の半導体装置。

The semiconductor device according to claim 10, which is a semiconductor laser, a diode, or a transistor.

JP2015035938A 2015-02-25 2015-02-25 Crystalline oxide semiconductor film, semiconductor device Active JP6876895B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015035938A JP6876895B2 (en) 2015-02-25 2015-02-25 Crystalline oxide semiconductor film, semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015035938A JP6876895B2 (en) 2015-02-25 2015-02-25 Crystalline oxide semiconductor film, semiconductor device

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019226565A Division JP7016489B2 (en) 2019-12-16 2019-12-16 Crystalline oxide semiconductor film, semiconductor device

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2016157878A true JP2016157878A (en) 2016-09-01
JP2016157878A5 JP2016157878A5 (en) 2018-04-19
JP6876895B2 JP6876895B2 (en) 2021-05-26

Family

ID=56826701

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015035938A Active JP6876895B2 (en) 2015-02-25 2015-02-25 Crystalline oxide semiconductor film, semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6876895B2 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020021829A (en) * 2018-08-01 2020-02-06 国立研究開発法人物質・材料研究機構 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2020098846A (en) * 2018-12-18 2020-06-25 信越化学工業株式会社 Manufacturing method of gallium oxide film
WO2020217564A1 (en) * 2019-04-24 2020-10-29 日本碍子株式会社 Semiconductor film
JPWO2020261574A1 (en) * 2019-06-28 2020-12-30
JPWO2022064783A1 (en) * 2020-09-24 2022-03-31
JP2023029387A (en) * 2017-08-21 2023-03-03 株式会社Flosfia Method of manufacturing crystal film
WO2023053817A1 (en) 2021-09-30 2023-04-06 信越化学工業株式会社 Laminated structure, semiconductor device, and method for forming crystalline oxide film
WO2024122463A1 (en) * 2022-12-06 2024-06-13 信越化学工業株式会社 Crystalline oxide semiconductor film, laminated structure, and semiconductor device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005145753A (en) * 2003-11-14 2005-06-09 Japan Science & Technology Agency Thin film laminated structure and manufacturing method thereof
JP2009013028A (en) * 2007-07-06 2009-01-22 Nippon Light Metal Co Ltd Aluminum oxide-gallium oxide solid solution and method for producing the same
JP2013021124A (en) * 2011-07-11 2013-01-31 Dowa Electronics Materials Co Ltd Group iii nitride epitaxial substrate and manufacturing method thereof
WO2013035843A1 (en) * 2011-09-08 2013-03-14 株式会社タムラ製作所 Ga2O3 SEMICONDUCTOR ELEMENT
JP2014072517A (en) * 2013-06-21 2014-04-21 Roca Kk Semiconductor device and manufacturing method of the same, and crystal and manufacturing method of the same
JP2015017027A (en) * 2013-10-17 2015-01-29 株式会社Flosfia Semiconductor device and manufacturing method thereof, and crystal and manufacturing method thereof

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005145753A (en) * 2003-11-14 2005-06-09 Japan Science & Technology Agency Thin film laminated structure and manufacturing method thereof
JP2009013028A (en) * 2007-07-06 2009-01-22 Nippon Light Metal Co Ltd Aluminum oxide-gallium oxide solid solution and method for producing the same
JP2013021124A (en) * 2011-07-11 2013-01-31 Dowa Electronics Materials Co Ltd Group iii nitride epitaxial substrate and manufacturing method thereof
WO2013035843A1 (en) * 2011-09-08 2013-03-14 株式会社タムラ製作所 Ga2O3 SEMICONDUCTOR ELEMENT
JP2014072517A (en) * 2013-06-21 2014-04-21 Roca Kk Semiconductor device and manufacturing method of the same, and crystal and manufacturing method of the same
JP2015017027A (en) * 2013-10-17 2015-01-29 株式会社Flosfia Semiconductor device and manufacturing method thereof, and crystal and manufacturing method thereof

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KAZUAKI AKAIWA AND SHIZUO FUJITA: "Electrical Conductive Corundum-Structured α-Ga2O3 Thin Films on Sapphire with Tin-Doping Grown by S", JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, vol. 51, JPN6019035639, 14 June 2012 (2012-06-14), pages 070203, ISSN: 0004115697 *
金子健太郎: "コランダム構造酸化ガリウム系混晶薄膜の成長と物性(Dissertation_全文)", 京都大学博士論文, JPN7018004306, 25 March 2013 (2013-03-25), JP, pages 50 - 54, ISSN: 0004115696 *

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023029387A (en) * 2017-08-21 2023-03-03 株式会社Flosfia Method of manufacturing crystal film
JP7460975B2 (en) 2017-08-21 2024-04-03 株式会社Flosfia Crystal film manufacturing method
JP7160318B2 (en) 2018-08-01 2022-10-25 国立研究開発法人物質・材料研究機構 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
JP2020021829A (en) * 2018-08-01 2020-02-06 国立研究開発法人物質・材料研究機構 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2020098846A (en) * 2018-12-18 2020-06-25 信越化学工業株式会社 Manufacturing method of gallium oxide film
US12327725B2 (en) 2018-12-18 2025-06-10 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Method for manufacturing gallium oxide film
WO2020129625A1 (en) * 2018-12-18 2020-06-25 信越化学工業株式会社 Method for manufacturing gallium oxide film
JP2021042120A (en) * 2019-04-24 2021-03-18 日本碍子株式会社 Semiconductor film
JP6784871B1 (en) * 2019-04-24 2020-11-11 日本碍子株式会社 Semiconductor film
JP7461851B2 (en) 2019-04-24 2024-04-04 日本碍子株式会社 Semiconductor Film
WO2020217564A1 (en) * 2019-04-24 2020-10-29 日本碍子株式会社 Semiconductor film
JP7265624B2 (en) 2019-06-28 2023-04-26 日本碍子株式会社 semiconductor film
WO2020261574A1 (en) * 2019-06-28 2020-12-30 日本碍子株式会社 Semiconductor film
JPWO2020261574A1 (en) * 2019-06-28 2020-12-30
JPWO2022064783A1 (en) * 2020-09-24 2022-03-31
CN116018260A (en) * 2020-09-24 2023-04-25 日本碍子株式会社 layered structure
WO2022064783A1 (en) * 2020-09-24 2022-03-31 日本碍子株式会社 Laminated structure
WO2023053817A1 (en) 2021-09-30 2023-04-06 信越化学工業株式会社 Laminated structure, semiconductor device, and method for forming crystalline oxide film
KR20240087704A (en) 2021-09-30 2024-06-19 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 Laminated structure, semiconductor device, and crystalline oxide film formation method
WO2024122463A1 (en) * 2022-12-06 2024-06-13 信越化学工業株式会社 Crystalline oxide semiconductor film, laminated structure, and semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP6876895B2 (en) 2021-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6876895B2 (en) Crystalline oxide semiconductor film, semiconductor device
CN109423691B (en) Crystal, crystallized film, semiconductor device including the crystallized film, and method for manufacturing the crystallized film
CN109423693B (en) Method for producing a crystalline film
JP7404594B2 (en) Semiconductor devices and semiconductor systems including semiconductor devices
JP6379369B2 (en) Crystalline laminated structure, semiconductor device
JP2018129500A (en) Semiconductor device
JP2018060992A (en) Semiconductor device
JP6701472B2 (en) Crystalline oxide semiconductor film and semiconductor device
JP6945121B2 (en) Crystalline semiconductor membranes and semiconductor devices
JP6390052B2 (en) Quantum well structure and semiconductor device
JP2017005148A (en) Semiconductor film, laminated structure, and semiconductor device
CN112334606A (en) Crystalline oxide film
JP2016051824A (en) Epitaxial growth method and growth device, and method of producing quantum well structure
JPWO2020013259A1 (en) Semiconductor devices and semiconductor systems including semiconductor devices
JPWO2020013260A1 (en) Semiconductor devices and semiconductor systems including semiconductor devices
JPWO2020004249A1 (en) Film formation method and crystalline laminated structure
JPWO2020013261A1 (en) Laminated structures, semiconductor devices and semiconductor systems including laminated structures
JP6533982B2 (en) Quantum well structure, laminated structure and semiconductor device
JP7016489B2 (en) Crystalline oxide semiconductor film, semiconductor device
JPWO2019098297A1 (en) Semiconductor device
JP2017005147A (en) Crystalline semiconductor film, laminated structure, and semiconductor device
JP2017010967A (en) Deposition method
JP2016157879A (en) Crystalline oxide semiconductor film and semiconductor device
JP2017005146A (en) Crystalline semiconductor film, lamination structure, and semiconductor device
JP2017010966A (en) Crystalline semiconductor film, laminate structure and semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180223

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180223

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20181218

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181226

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20190221

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190415

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20190917

C60 Trial request (containing other claim documents, opposition documents)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60

Effective date: 20191216

C22 Notice of designation (change) of administrative judge

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22

Effective date: 20200609

C13 Notice of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C13

Effective date: 20200818

C28A Non-patent document cited

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C2838

Effective date: 20200818

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201016

C23 Notice of termination of proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C23

Effective date: 20210106

C03 Trial/appeal decision taken

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C03

Effective date: 20210209

C30A Notification sent

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C3012

Effective date: 20210209

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210215

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6876895

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE

Ref document number: 6876895

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250