JP6533982B2 - Quantum well structure, laminated structure and semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、新規な量子井戸構造および積層構造体ならびに前記量子井戸構造または前記積層構造体を用いた半導体装置に関する。 The present invention relates to a novel quantum well structure, a stacked structure, and a semiconductor device using the quantum well structure or the stacked structure.
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。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、InX1AlY1GaZ1O3(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 ) with a large band gap has attracted attention as a next-generation switching element capable of achieving high withstand voltage, low loss, and high heat resistance, and is used for power semiconductor devices such as inverters. Application is expected. According to Non-Patent Document 1, it is possible to control the band gap of the gallium oxide by mixing indium or aluminum respectively or in combination to form a mixed crystal, and in particular, In X 1 Al Y 1 Ga Z 1 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 a very attractive material.
特許文献1には、α−Al2O3基板上に、p型のα−(AlX2Ga1−X2)2O3単結晶膜(0≦X2<1)を形成したGa2O3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−Ga2O3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−Ga2O3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 ≦ X 2 <1) is formed on an α-Al 2 O 3 substrate. Semiconductor devices are described. However, in the semiconductor device described in Patent Document 2, there is a problem also in the quality of the crystal, and there are many limitations when applied to the semiconductor device, and in the MBE method, the α-Ga 2 O 3 single crystal film ( In the case of X2 = 0), it is difficult to produce, and since ion implantation and heat treatment at high temperature are required to obtain a p-type semiconductor, it is difficult to realize p-type α-Ga 2 O 3 itself. In fact, the semiconductor element itself described in Patent Document 1 was 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-structured oxide crystal containing aluminum and gallium, and describes that the phase transition at high temperature is suppressed. However, mixed crystals having a large band gap still have many problems. For example, even when used as a buffer layer, rotational domains are present in an epitaxially grown crystal, or warping occurs, and it is not always necessary. It was not satisfactory.
本発明は、回転ドメインと反りが低減できるバッファ層として有用な量子井戸構造を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a quantum well structure useful as a buffer layer capable of reducing rotational domain 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、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であって、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ことを特徴とする量子井戸構造の創製に成功し、このような量子井戸構造をバッファ層として用いれば、バッファ層上に結晶成長された結晶において、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。
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors alternately laminate at least one first layer and at least one second layer containing a material different from the first layer as a main component. A quantum well structure, wherein the main component of the first layer is an oxide having a corundum structure, and the main component of the second layer is an oxide containing aluminum. Successful creation of the well structure, if such a quantum well structure is used as a buffer layer, not only rotational domains but also warpage are reduced in the crystal grown on the buffer layer, and the conventional problem is solved in one shot. I found that it was something that could be solved.
In addition, after obtaining the above-mentioned findings, the present inventors repeated studies to complete the present invention.
すなわち、本発明は、以下の発明に関する。
[1] 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であって、
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ことを特徴とする量子井戸構造。
[2] コランダム構造を有する酸化物が半導体である前記[1]記載の量子井戸構造。
[3] コランダム構造を有する酸化物が、ガリウム、インジウムおよびアルミニウムから選ばれる1種または2種以上の金属を少なくとも含有する前記[1]または[2]に記載の量子井戸構造。
[4] アルミニウムを含む酸化物が半導体である前記[1]〜[3]のいずれかに記載の量子井戸構造。
[5] アルミニウムを含む酸化物が、ガリウム、鉄、インジウム、バナジウム、チタン、クロム、ロジウム、ニッケルまたはコバルトをさらに含む前記[1]〜[4]のいずれかに記載の量子井戸構造。
[6] 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[1]〜[5]のいずれかに記載の量子井戸構造。
[7] 第1の層と第2の層とが、少なくとも2層ずつ積層されている前記[1]〜[6]のいずれかに記載の量子井戸構造。
[8] 前記[1]〜[7]のいずれかに記載の量子井戸構造上に、コランダム構造を有する材料を主成分として含む第3の層が積層されている積層構造体。
[9] 量子井戸構造がバッファ層を構成している前記[8]記載の積層構造体。
[10] コランダム構造を有する材料が、アルミニウム、ガリウムおよびインジウムから選ばれる1種または2種以上を含む酸化物半導体を主成分として含む前記[8]または[9]に記載の積層構造体。
[11] 前記[1]〜[7]のいずれかに記載の量子井戸構造または前記[8]〜[10]のいずれかに記載の積層構造体を含む半導体装置。
That is, the present invention relates to the following inventions.
[1] A quantum well structure in which a first layer and a second layer containing a material different from the first layer as a main component are alternately stacked in at least one layer,
The main component of the first layer is an oxide having a corundum structure,
A quantum well structure characterized in that the main component of the second layer is an oxide containing aluminum.
[2] The quantum well structure according to the above [1], wherein the oxide having a corundum structure is a semiconductor.
[3] The quantum well structure according to the above [1] or [2], wherein the oxide having a corundum structure at least contains one or more metals selected from gallium, indium and aluminum.
[4] The quantum well structure according to any one of the above [1] to [3], wherein the oxide containing aluminum is a semiconductor.
[5] The quantum well structure according to any one of the above [1] to [4], wherein the oxide containing aluminum further contains gallium, iron, indium, vanadium, titanium, chromium, rhodium, nickel or cobalt.
[6] The quantum well structure according to any one of the above [1] to [5], wherein the concentration of aluminum in the metal element of the second layer is 1 atomic% or more.
[7] The quantum well structure according to any one of the above [1] to [6], wherein at least two layers of the first layer and the second layer are stacked.
[8] A laminated structure in which a third layer containing a material having a corundum structure as a main component is laminated on the quantum well structure according to any one of the above [1] to [7] .
[9] The stacked structure according to the above [8], wherein the quantum well structure constitutes a buffer layer.
[10] The layered structure according to the above [8] or [9] , wherein the material having a corundum structure contains an oxide semiconductor containing one or more selected from aluminum, gallium and indium as a main component.
[11] A semiconductor device including the quantum well structure according to any one of [1] to [7] or the laminated structure according to any one of [8] to [10] .
本発明の量子井戸構造は、回転ドメインと反りが低減できるバッファ層として有用である。 The quantum well structure of the present invention is useful as a buffer layer that can reduce rotational domain and warpage.
本発明の結晶性酸化物半導体膜は、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であって、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ことを特徴とする。 The crystalline oxide semiconductor film of the present invention has a quantum well structure in which at least one first layer and a second layer containing a material different from the first layer as a main component are alternately stacked. The main component of the first layer is an oxide having a corundum structure, and the main component of the second layer is an oxide containing aluminum.
第1の層は、コランダム構造を有する酸化物を主成分としていれば特に限定されないが、該酸化物が、半導体、すなわち、酸化物半導体であるのが好ましく、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るのがより好ましく、少なくともガリウムを含むのが最も好ましい。前記酸化物半導体としては、例えば、α−Ga2O3、α−(AlxGa1−x)2O3(但し、1>X>0)、α−(InYGa1−Y)2O3(但し、1>Y>0)、α−(AlZ1GaZ2InZ3)2O3(但し、1>Z1,Z2,Z3>0およびZ1+Z2+Z3=1)などが挙げられる。ここで、「主成分」とは、例えば酸化物半導体がα−Ga2O3である場合、前記層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−Ga2O3が含まれていればそれでよい。本発明においては、前記層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。 The first layer is not particularly limited as long as it has an oxide having a corundum structure as a main component, but the oxide is preferably a semiconductor, that is, an oxide semiconductor, and is a single species of aluminum, gallium and indium. It is more preferable to contain at least two or more, and it is most preferable to contain at least gallium. Examples of the oxide semiconductor include α-Ga 2 O 3 , α- (Al x Ga 1-x ) 2 O 3 (where 1>X> 0), and α- (In Y Ga 1-Y ) 2. Examples include 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. Here, "main component", for example, an oxide when the semiconductor is a α-Ga 2 O 3, gallium atomic ratio α-Ga 2 O 3 at a ratio of more than 0.5 in the metal elements of the layer It is fine if it is included. In the present invention, the atomic ratio of gallium in the metal element in the layer is preferably 0.7 or more, more preferably 0.8 or more.
第2の層は、第1の層とは異なる材料であって、アルミニウムを含む酸化物を主成分としていれば特に限定されないが、該酸化物が、半導体であるのが好ましく、ガリウム、鉄、インジウム、バナジウム、チタン、クロム、ロジウム、ニッケルまたはコバルトをさらに含むのがより好ましく、ガリウムをさらに含むのが最も好ましい。このような酸化物半導体としては、例えば、α−(AlxGa1−x)2O3(但し、1>X>0)、α−(AlZ1GaZ2InZ3)2O3(但し、1>Z1,Z2,Z3>0およびZ1+Z2+Z3=1)などが挙げられる。ここで、「主成分」とは、例えば酸化物半導体がα−(AlxGa1−x)2O3である場合、前記層の金属元素中のアルミニウムおよびガリウムの原子比の合計が0.5以上の割合でα−(AlxGa1−x)2O3が含まれていればそれでよい。本発明においては、前記層中の金属元素中のアルミニウムおよびガリウムの原子比の合計が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。なお、「第1の層とは異なる材料」は、例えば第1の層とは同じ成分を有していても、第1の層とは異なる組成比であればそれでよい。 The second layer is not particularly limited as long as it is a material different from the first layer and contains an oxide containing aluminum as a main component, but the oxide is preferably a semiconductor, and gallium, iron, More preferably, it further comprises indium, vanadium, titanium, chromium, rhodium, nickel or cobalt, and most preferably it further comprises gallium. As such an oxide semiconductor, for example, α- (Al x Ga 1 -x ) 2 O 3 (where 1>x> 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. Here, when the oxide semiconductor is, for example, α- (Al x Ga 1 -x ) 2 O 3 , the “main component” means that the total atomic ratio of aluminum and gallium in the metal element of the layer is 0. What is necessary is that α- (Al x Ga 1 -x ) 2 O 3 be contained in a ratio of 5 or more. In the present invention, the total atomic ratio of aluminum and gallium in the metal element in the layer is preferably 0.7 or more, more preferably 0.8 or more. The “material different from the first layer” may be, for example, the same component as the first layer or a composition ratio different from the first layer.
また、本発明においては、第2の層の金属元素中のアルミニウムの濃度が1原子%以上であるのが、回転ドメインと反りとをより低減できるので好ましく、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。 Further, in the present invention, it is preferable that the concentration of aluminum in the metal element of the second layer is 1 atomic% or more because the rotational domain and the warpage can be further reduced, and the atomic ratio of 2 atomic% or more is more preferable. preferable. The upper limit of the aluminum concentration is not particularly limited, but is usually 99 at% or less, preferably 80 at% or less, more preferably 50 at% or less, and most preferably 30 at% or less .
前記量子井戸構造の形成手段は、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形成する手段が好ましい。
以下、前記量子井戸構造の好ましい形成手段として、基体上にミストを用いて、前記量子井戸構造を形成す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。
The means for forming the quantum well structure is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, but a means for forming by crystal growth using a mist on a substrate is preferable.
Hereinafter, as means for forming the quantum well structure, means for forming the quantum well structure and the like will be described using mist on a substrate, but the present invention is not limited thereto.
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、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。 The mist or droplets generated by atomizing or dropletizing the raw material solution are carried to the substrate with a carrier gas, and then the mist or the droplets are reacted on the substrate to form a buffer layer. In addition, the quantum well structure in which the first layer and the second layer are alternately stacked by alternately using the raw material solution as the raw material solution of the first layer and the raw material solution of the second layer. Can be formed.
(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。なお、第2の層の原料溶液では、アルミニウムが少なくとも含まれる。
(Raw material solution)
The raw material solution is not particularly limited as long as it contains a material capable of atomization or dropletization, and may be an inorganic material or an organic material, but in the present invention, it is a metal or a metal compound. Is preferably selected from one or more metals selected from gallium, iron, indium, aluminum, vanadium, titanium, chromium, rhodium, nickel, cobalt, zinc, magnesium, calcium, silicon, yttrium, strontium and barium. It is more preferable to include. The raw material solution for the second layer contains at least aluminum.
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, one in which the metal is dissolved or dispersed in the form of a complex or a salt in an organic solvent or water can be suitably used. Examples of the form of the complex include acetylacetonato complex, carbonyl complex, ammine complex, hydride complex and the like. Examples of the salt form include organic metal salts (eg, metal acetates, metal oxalates, metal citrates, etc.), metal sulfides, metal nitrates, metal phosphates, metal halides (eg metal chlorides) Salts, metal bromide salts, metal iodide salts and the like) and the like.
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(H2O2)、過酸化ナトリウム(Na2O2)、過酸化バリウム(BaO2)、過酸化ベンゾイル(C6H5CO)2O2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。 Further, additives such as hydrohalic acid and an oxidizing agent may be mixed in the raw material solution. Examples of the hydrohalic acid include hydrobromic acid, hydrochloric acid, hydroiodic acid and the like. Among these, 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 ), benzoyl peroxide (C 6 H 5 CO) 2 O 2 and the like. Peroxides, hypochlorous acid (HClO), perchloric acid, nitric acid, ozone water, organic peroxides such as peracetic acid and nitrobenzene, and the like.
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/cm3〜1×1022/cm3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/cm3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/cm3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, and p-type dopants. The concentration of the dopant may generally be about 1 × 10 16 / cm 3 to 1 × 10 22 / cm 3 , and the concentration of the dopant may be low, for example, about 1 × 10 17 / cm 3 or less. 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 membrane. The material of the substrate is also not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, and the substrate may be a known substrate, may be an organic compound, or may be an inorganic compound. The shape of the substrate may be any shape, and is effective for any shape, for example, plate-like such as flat plate or disc, fiber-like, rod-like, cylindrical, prismatic, Although cylindrical shape, helical shape, spherical shape, ring shape etc. are mentioned, a substrate is preferable in the present invention. 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%であってもよいことを意味する。 The substrate is not particularly limited as long as it is plate-like 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. It is also preferred that it is a substrate. The substrate includes, for example, 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 An underlying substrate may, for example, be mentioned. Here, “main component” means that the substrate material having the above-mentioned specific crystal structure is, in atomic ratio, preferably 50% or more, more preferably 70% or more, still more preferably 90% to all components of the substrate material. It means that% or more is included, and it may mean that 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−Al2O3またはα−Ga2O3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−Ga2O3基板、又はGa2O3とAl2O3とを含みAl2O3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 known. Examples of the substrate material having the corundum structure described above include the same as those exemplified as the material having the corundum structure described above, and in the present invention, α-Al 2 O 3 or α-Ga 2 O is used. 3 is preferred. And as a base substrate which has substrate material which has corundum structure as a main component, a sapphire substrate (preferably c surface sapphire substrate), alpha type gallium oxide substrate, etc. are mentioned as a suitable example. As a base substrate having a substrate material having a β-gallia structure as a main component, for example, a β-Ga 2 O 3 substrate, or containing Ga 2 O 3 and Al 2 O 3 , Al 2 O 3 is more than 0 wt% and A mixed crystal substrate having 60 wt% or less and the like can be mentioned. Moreover, as a base substrate which has a substrate material which has a hexagonal crystal structure as a main component, a SiC substrate, a ZnO substrate, a GaN substrate etc. are mentioned, for example. Note that each layer may be stacked directly or through another layer (for example, a buffer layer) on the base substrate containing a substrate material having a hexagonal crystal structure as a main component.
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)
前記積層方法としては、特に限定されないが、好適には、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 laminating method is not particularly limited, but preferably, the raw material solution is atomized or dropletized (atomizing / dropletizing step), and the generated mist or droplet is supplied to the substrate by the carrier gas Film formation (film formation process) by reacting the supplied mist or liquid droplets 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 formation step, the raw material solution is adjusted, and the raw material solution is atomized or formed into droplets to generate mist. Although the compounding ratio of the said metal is not specifically limited, 0.0001 mol / L-20 mol / L are preferable with respect to the whole raw material solution. The means for atomizing or dropletizing is not particularly limited as long as it can atomize or dropletize the raw material solution, and may be a known atomizing means or dropletizing means, but in the present invention Preferably, it is an atomizing means or a dropletizing means using sound waves. It is preferable that the mist or the droplets have an initial velocity of zero and be suspended in the air, for example, a mist that floats in space and can be transported as a gas rather than being sprayed like a spray is more preferable. preferable. The droplet size is not particularly limited, and may be about several mm, but preferably 50 μm or less, 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 supply step, the carrier gas supplies the mist or the droplets to the substrate. The type of carrier gas is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. For example, oxygen, ozone, inert gas such as nitrogen or argon, or reducing gas such as hydrogen gas or forming gas is preferable. Can be mentioned as In addition, although one kind of carrier gas may be used, it may be two or more kinds, and a dilution gas (for example, 10-fold dilution gas etc.) in which the carrier gas concentration is changed may be used as the second carrier gas. You may use further. Further, the carrier gas may be supplied not only to one place, but also to two or more places. Although the flow rate of the carrier gas is not particularly limited, the linear velocity in the reactor (more specifically, the reactor is at a high temperature and changes depending on the environment, so assuming room temperature 0.1 m / s-100 m / s are preferable in converted linear velocity), and 1 m / s-10 m / s are 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、量子井戸における第1の層および第2の層の厚さが、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 droplets are reacted to form a film on part or all of the surface of the substrate. The reaction is not particularly limited as long as a film is formed from the mist or the droplets, but in the present invention, a thermal reaction is preferable. The thermal reaction may be any reaction as long as the mist or the droplets react with heat, and the reaction conditions are not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. In the present step, the thermal reaction is usually carried out at a temperature higher than the evaporation temperature of the solvent, but preferably not higher than the temperature. The thermal reaction may be performed under any atmosphere of vacuum, non-oxygen atmosphere, reducing gas atmosphere and oxygen atmosphere, as long as the object of the present invention is not impaired. Although it may be carried out under any conditions of reduced pressure and reduced pressure, in the present invention, it is preferred to be carried out under atmospheric pressure in that the calculation of the evaporation temperature is simplified. In the case of vacuum, the evaporation temperature can be lowered. Further, the film thickness can be set by adjusting the film formation time. In the present invention, the thickness of each of the first layer and the second layer in the quantum well is preferably 200 nm or less, more preferably 100 nm or less, and most preferably 20 nm or less.
本発明においては、量子井戸構造の形成後、得られた量子井戸構造をバッファ層として用いることができる。また、本発明においては、前記バッファ層上に、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のが好ましい。 In the present invention, after the formation of the quantum well structure, the obtained quantum well structure can be used as a buffer layer. In the present invention, a crystalline oxide semiconductor mainly comprising an oxide semiconductor having a corundum structure and containing at least one or two or more of aluminum, gallium and indium on the buffer layer. It is preferred to form a membrane.
また、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、前記の量子井戸構造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。 Further, in the present invention, the formation of the crystalline oxide semiconductor film may be performed by a known method, and may be similar to the formation of the quantum well structure described above, but in the present invention, by mist CVD, It is preferable to form a crystalline oxide semiconductor film. More specifically, for example, a mist or droplets generated by atomizing or dropletizing a raw material solution is carried by a carrier gas to a substrate, and then the mist or the droplets are reacted on the substrate to crystallize. Forming a crystalline oxide semiconductor film. The raw material solution and the substrate may be the same as the raw material solution and the substrate in the above-mentioned buffer layer formation. The lamination method may be the same as the lamination method in the formation of the buffer layer.
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、例えば0.02体積%以下にまで低減されており、さらに、反りも例えば0.3μm以下にまで低減されたものとなる。なお、「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。また、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。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ピーク強度が、主ピークの強度の10%以下であるのがより好ましい。 As described above, in the crystalline oxide semiconductor film obtained through the buffer layer having a quantum well structure, the content of rotational domains in the film is reduced to, for example, 0.02% by volume or less. Furthermore, the warpage is also reduced to, for example, 0.3 μm or less. The “rotational domain content” is measured using an X-ray diffraction apparatus, and more specifically, can be determined from the count number of rotational domains obtained using an X-ray diffraction apparatus . The warpage 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 apex of the concave or convex. In the present invention, for example, when the shortest distance between the shortest straight line passing the end points of 5 mm between the films and the apex of the concave or convex is warpage, the warpage is 0.06 μm / mm or less. Is preferred. Although the content of the rotational domain is usually about 0.02% by volume or less, in the present invention, the content is preferably 0.01% by volume or less, and substantially does not contain the rotational domain. More preferable. For example, it is more preferable that the peak intensity of the rotation domain in the crystalline oxide semiconductor film determined by X-ray diffraction measurement is 10% or less of the intensity of the main peak.
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、前記結晶性酸化物半導体膜の結晶は、通常、単結晶であるが、多結晶であってもよい。 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, but in the present invention, it is preferably 1 μm or more, and 3 μm. It is more preferable that it is more than. The crystal of the crystalline oxide semiconductor film is usually single crystal, but may be polycrystalline.
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 in 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 off 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。 As a semiconductor device formed using the crystalline oxide semiconductor film or the crystalline laminated structure, for example, a semiconductor laser, a diode, a transistor or the like can be mentioned, and more specifically, for example, MIS, HEMT, etc. A transistor, a TFT, a Schottky barrier diode using a semiconductor-metal junction, a PN or PIN diode combined with another P layer, a light emitting / receiving element, etc. may be mentioned.
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 the present embodiment will be described using the drawings. The film forming apparatus 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 delivered from the carrier gas source 2a, and a carrier gas for supplying a carrier gas (dilution). (Dilution) source 2b, flow control valve 3b for adjusting the flow rate of carrier gas (dilution) delivered from carrier gas (dilution) source 2b, mist generation source 4 in which raw material solution 4a is stored, and water 5a A container 5 to be placed, an ultrasonic transducer 6 attached to the bottom of the container 5, a film forming chamber 7, a quartz supply pipe 9 connecting the mist source 4 to the film forming chamber 7, a film forming chamber And a hot plate 8 installed in the inside of the apparatus. A substrate 10 is placed on the hot plate 8.
FIG. 2 shows the atomization / dropletization unit. The mist generation source 4 which consists of a container in which the raw material solution 4a is accommodated is accommodated in the container 5 in which the water 5a is accommodated using a support body (not shown). At the bottom of the container 5, an ultrasonic transducer 6 is provided, and the ultrasonic transducer 6 and the oscillator 16 are connected. Then, when the oscillator 16 is operated, the ultrasonic transducer 6 vibrates, and the ultrasonic wave propagates into the mist generation source 4 through the water 5a, so that the raw material solution 4a is atomized or drips. ing.
FIG. 3 shows the ultrasonic transducer 6 shown in FIG. The ultrasonic transducer 6 is provided with 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. There is. Then, when an oscillator is connected to the electrode to change the oscillation frequency, an ultrasonic wave having a resonance frequency in the thickness direction of the piezoelectric vibrator and a resonance frequency in the radial direction 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 (raw material solution of first layer)
The aqueous solution is adjusted to have a ratio of 3 mol / L of gallium acetylacetonate to 9 mol / L of aluminum acetylacetonate, and at this time, hydrochloric acid is further contained to be 2% by volume, As the raw material solution of
(Raw material solution for the second layer)
An aqueous solution of 0.1 mol / L of gallium bromide to which germanium oxide is added is adjusted so that the atomic ratio of germanium to gallium is 1: 0.01, and at this time, a volume ratio of 48% hydrobromic acid solution is further added. The content was made to be 10%, and this was used as a second 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。
(Source solution for crystalline oxide semiconductor film)
An aqueous solution of 0.1 mol / L of gallium bromide to which germanium oxide is added is adjusted so that the atomic ratio of germanium to gallium is 1: 0.01, and at this time, a volume ratio of 48% hydrobromic acid solution is further added. The content was made to be 10%, and this was used as a third 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 for film formation The raw material solution 4 a obtained in the above was contained in the mist generation 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. I let it warm. Next, the flow control 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. Thereafter, 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. In addition, oxygen was used as carrier gas.
4.量子井戸構造の形成
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)2O3で構成されており、第2の層は、α−Ga2O3で構成されていた。
4. Formation of Quantum Well Structure The ultrasonic transducer 6 was vibrated at 2.4 MHz, and the vibration was propagated to the raw material solution 4a through the water 5a to make the raw material solution 4a into fine particles, thereby generating raw material fine particles 4b. The raw material fine particles 4 b 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. . In addition, as said raw material solution 4a, said 2. above. By alternately using the first raw material solution and the second raw material solution obtained in the above, a quantum well structure in which 50 layers of the first layer and the second layer are alternately laminated is formed. did. The film forming time using the first raw material solution was 3 minutes / layer, and the film forming time using the second raw material solution was 30 seconds / layer. Further, when identified using an X-ray diffractometer, the first layer is composed of α- (Al 0.02 Ga 0.98 ) 2 O 3 having an aluminum concentration of 2 atomic%, and Layer was composed of α-Ga 2 O 3 .
5.結晶性酸化物半導体膜の形成
上記4.で得られた量子井戸構造をバッファ層として用いた。また、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(量子井戸構造)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−Ga2O3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(量子井戸構造)のTEM像を図5に示す。また、結晶性酸化物半導体膜のXRDデータを図6に示す。
5. Formation of crystalline oxide semiconductor film The quantum well structure obtained by was used as a buffer layer. Further, the third raw material solution is used as the raw material solution 4a, the ultrasonic transducer 6 is vibrated at 2.4 MHz, and the vibration is propagated to the raw material solution 4a through the water 5a to make the raw material solution 4a into fine particles. The raw material fine particles 4b were produced. The raw material fine particles 4b are introduced into the film forming chamber 7 by the carrier gas, and at atmospheric pressure, at 500 ° C., the mist reacts in the film forming chamber 7 to form a buffer layer (quantum well structure). A thin film was formed. 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%. A TEM image of the obtained crystalline oxide semiconductor film is shown in FIG. 4, and a TEM image of a buffer layer (quantum well structure) is shown in FIG. In addition, XRD data of the crystalline oxide semiconductor film 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−Ga2O3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-mentioned 5., except that the film formation temperature is set to 600 ° C. and the film formation time is set to 60 minutes, using the following material solutions for comparative examples as the material solution. A buffer layer was formed by depositing in the same manner as in the above. After the formation of the buffer layer, the above 5. In the same manner as by depositing on the buffer layer to form a α-Ga 2 O 3 film. The identification of the phase used the X-ray-diffraction apparatus. The 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)
The aqueous solution is adjusted to have a ratio of 2 mol / L of gallium acetylacetonate to 14 mol / L of aluminum acetylacetonate, and at this time, hydrochloric acid is further contained to be 2% by volume, which is a comparative example It was used as a raw material solution.
(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−Ga2O3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 the above example except that the buffer layer was not formed. The 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−Ga2O3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 Above 5. The resulting crystalline oxide semiconductor film and α-Ga 2 O 3 film obtained in Comparative Examples were evaluated respective properties. The results are shown in Table 1 below. In addition, curvature measured the shortest distance of the shortest straight line which passes through the point of the both ends between 5 mm, and the concave or convex vertex. Further, in Table 1, for “presence or absence of the 1010 heterophase peak”, reciprocal lattice mapping of the 1010 plane was measured, and the presence or absence of peaks other than the substrate and the film was confirmed. In addition, the content of the rotation domain and the like were measured using an X-ray diffractometer (Smartlab, manufactured by Rigaku Corporation). The conditions for measurement 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)
Conducted 104 plane 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
ス キ ャ ン scan 0 to 360 deg
CBO selection slit PB
Incident optical element Ge (220) x 2
Incident parallel slit Soller_slit_open
Longitudinal restriction slit 5.0 mm
Light receiving parallel slit Soller_slit_5.0deg
Light receiving optical element PSA_open
Light receiving parallel slit Soller_slit_5.0deg
HV 660V
PHA 561.25mV
表1の結果から、実施例のα−Ga2O3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 Examples have no rotational 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−Ga2O3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、実施例で得られた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 the example and the 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 films obtained in the examples also have excellent electrical characteristics.
本発明の量子井戸構造は、バッファ層として有用であり、さらには、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 quantum well structure of the present invention is useful as a buffer layer, and furthermore, it can be used in all fields such as semiconductors (eg compound semiconductor electronic devices etc.), electronic parts / electrical equipment parts, optical / electrophotographic related devices, industrial members In particular, it is useful for semiconductor devices.
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
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 particle 5 container 5a water 6 ultrasonic transducer 6a electrode 6b piezoelectric element 6c electrode 6d elastic body 6e support 7 film forming chamber 8 hot plate 9 supply pipe 10 substrate 16 oscillator
Claims (10)
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量子井戸構造上に、コランダム構造を有する材料を主成分として含む第3の層が積層されていることを特徴とする積層構造体。 A quantum well structure in which a first layer and a second layer containing a material different from the first layer as a main component are alternately stacked in at least one layer.
The main component of the first layer is an oxide having a corundum structure, the main component the main component of the second layer, on the oxide der Ru said quantum well structure including aluminum, a material having a corundum structure A laminated structure comprising a third layer comprising:
A semiconductor device comprising the stacked structure according to any one of claims 1 to 9 .
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