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公開番号2025117480
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-12
出願番号2024012353
出願日2024-01-30
発明の名称積層構造体、pn接合部、半導体装置、電子機器及びシステム
出願人Patentix株式会社,株式会社クオルテック
代理人
主分類H01L 21/205 20060101AFI20250804BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】放熱性、かつ半導体特性に優れた酸化物半導体装置等に有用な積層構造体を提供する。
【解決手段】結晶基板上に、直接又は他の層を介して結晶膜が積層されている積層構造体であって、前記結晶基板が炭素を主成分として含み、かつダイヤモンド構造を有しており、前記結晶膜がガリウムを含む金属酸化物を主成分として含み、前記結晶膜の膜厚が1μm以上である積層構造体を用いて、例えば、半導体装置などに適用する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
結晶基板上に、直接又は他の層を介して結晶膜が積層されている積層構造体であって、前記結晶基板が炭素を主成分として含み、かつダイヤモンド構造を有しており、前記結晶膜がガリウムを含む金属酸化物を主成分として含むことを特徴とする積層構造体。
続きを表示（約 530 文字）【請求項２】
前記金属酸化物がガリウムを主成分として含む請求項１記載の積層構造体。
【請求項３】
前記結晶膜がβ－ガリア構造及び／又はコランダム構造を有する請求項１記載の積層構造体。
【請求項４】
前記結晶膜の膜厚が１μｍ以上である請求項１記載の積層構造体。
【請求項５】
前記結晶膜が１００μｍ
２
以上の面積を有する請求項１記載の積層構造体。
【請求項６】
前記結晶膜の表面粗さが１００ｎｍ以下である請求項１記載の積層構造体。
【請求項７】
前記結晶膜が単結晶膜である請求項１記載の積層構造体。
【請求項８】
前記結晶基板がダイヤモンドである請求項１記載の積層構造体。
【請求項９】
ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層とがｐｎ接合を形成するｐｎ接合部であって、前記ｎ型半導体層がガリウムを含む金属酸化物を主成分として含み、前記ｐ型半導体層がダイヤモンド構造を有していることを特徴とするｐｎ接合部。
【請求項１０】
前記ｐ型半導体層が、ダイヤモンドを含む請求項９記載のｐｎ接合部。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に有用な積層構造体に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
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
２
Ｏ
３
）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。
【０００３】
しかしながら、Ｇａ
２
Ｏ
３
は熱伝導率が低いため、Ｇａ
２
Ｏ
３
は放熱性が悪く、半導体装置に用いた際に発熱や高温動作の問題が生じるといった問題があった。
【０００４】
特許文献１には、絶縁体基板上に、結晶性酸化物半導体を主成分とする結晶性酸化物半導体膜を積層した後、前記結晶性酸化物半導体膜に、導電性接着剤を介して、導電性基板を貼り付け、ついで、前記絶縁体基板を除去する製造方法が半導体装置、特に縦型の素子に有用な導電性積層構造体や結晶性酸化物半導体膜を工業的有利に製造できることが記載されている。
しかしながら、基板から薄膜を綺麗に剥離することが困難であり、また、製造工程において剥離工程が増えるため、工程が煩雑になり、コストがかかるといった問題があり、まだまだ満足のいくものではなかった。
そのため、放熱性に優れた基板上に結晶を製造することができるような方策が待ち望まれていた。
【０００５】
また、Ｇａ
２
Ｏ
３
は、ｐ型半導体の作製が困難であり、ノーマリーオフのパワーデバイスの実現、特に、ＭＯＳＦＥＴの実現にはまだまだ課題が残されており、これら課題を解決し得る方策も待ち望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第６６４７５２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、放熱性、かつ半導体特性に優れた酸化物半導体装置等に有用な積層構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、ガイド隔壁を用いたミストＣＶＤ装置を新たに開発し、前記ガイド隔壁を用いたミストＣＶＤ装置を使用して、結晶基板上に、直接又は他の層を介して結晶膜が積層されている積層構造体であって、前記結晶基板が炭素を主成分として含み、かつダイヤモンド構造を有しており、前記結晶膜がガリウムを含む金属酸化物を主成分として含む積層構造体の創製に成功し、得られた積層構造体が、低コストで容易に製造でき、優れた結晶性及び優れた放熱性等を持ち、半導体装置等に有用であることを知見し、このような積層構造体が、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、上記知見を得た後、さらに検討を重ねて、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、以下の発明に関する。
［１］結晶基板上に、直接又は他の層を介して結晶膜が積層されている積層構造体であって、前記結晶基板が炭素を主成分として含み、かつダイヤモンド構造を有しており、前記結晶膜がガリウムを含む金属酸化物を主成分として含むことを特徴とする積層構造体。
［２］前記金属酸化物がガリウムを主成分として含む前記［１］記載の積層構造体。
［３］前記結晶膜がβ－ガリア構造及び／又はコランダム構造を有する前記［１］記載の積層構造体。
［４］前記結晶膜の膜厚が１μｍ以上である前記［１］記載の積層構造体。
［５］前記結晶膜が１００μｍ
２
以上の面積を有する前記［１］記載の積層構造体。
［６］前記結晶膜の表面粗さが５０ｎｍ以下である前記［１］記載の積層構造体。
［７］前記結晶膜が単結晶膜である前記［１］記載の積層構造体。
［８］前記結晶基板がダイヤモンドである前記［１］記載の積層構造体。
［９］ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層とがｐｎ接合を形成するｐｎ接合部であって、前記ｎ型半導体層がガリウムを含む金属酸化物を主成分として含み、前記ｐ型半導体層がダイヤモンド構造を有していることを特徴とするｐｎ接合部。
［１０］前記ｐ型半導体層が、ダイヤモンドを含む前記［９］記載のｐｎ接合部。
［１１］積層構造体を含む半導体装置であって、前記積層構造体が前記［１］記載の積層構造体であることを特徴とする半導体装置。
［１２］パワーデバイスである前記［１１］記載の半導体装置。
［１３］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）、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）、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（ＬＥＤ）である前記［１１］記載の半導体装置。
［１４］半導体装置を含む電子機器であって、前記半導体装置が前記［１１］記載の半導体装置であることを特徴とする電子機器。
［１５］電子機器を含むシステムであって、前記電子機器が前記［１４］記載の電子機器であることを特徴とするシステム。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の積層構造体は、酸化物半導体装置に用いた場合、放熱性、かつ半導体特性を優れたものにするという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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