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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024143319
(43)【公開日】2024-10-11
(54)【発明の名称】積層構造体
(51)【国際特許分類】
H01L 21/365 20060101AFI20241003BHJP
C23C 16/40 20060101ALI20241003BHJP
H01L 29/78 20060101ALI20241003BHJP
H01L 29/12 20060101ALI20241003BHJP
H01L 21/368 20060101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
H01L21/365
C23C16/40
H01L29/78 653A
H01L29/78 652T
H01L29/78 652D
H01L29/78 652C
H01L21/368 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023055932
(22)【出願日】2023-03-30
(71)【出願人】
【識別番号】511187214
【氏名又は名称】株式会社ＦＬＯＳＦＩＡ
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(71)【出願人】
【識別番号】520124752
【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ
(71)【出願人】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(72)【発明者】
【氏名】四戸 孝
(72)【発明者】
【氏名】安藤 裕之
(72)【発明者】
【氏名】片岡 光浩
(72)【発明者】
【氏名】星 真一
(72)【発明者】
【氏名】金村 高司
【テーマコード（参考）】
4K030
5F045
5F053
【Ｆターム（参考）】
4K030BA01
4K030BA05
4K030BA06
4K030BA08
4K030BA42
4K030BB12
4K030EA01
4K030FA10
4K030JA01
4K030LA12
5F045AA03
5F045AB40
5F045AC14
5F045AC15
5F045AC16
5F045AD07
5F045AD08
5F045AD09
5F045AD10
5F045AD11
5F045AD12
5F045AD13
5F045AD14
5F045AD15
5F045AE01
5F045AE29
5F045AE30
5F045AF01
5F045AF09
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5F045CA07
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5F045DA53
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5F053AA50
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5F053DD20
5F053FF02
5F053GG01
5F053HH04
5F053HH05
5F053JJ01
5F053LL02
5F053LL10
5F053RR20
(57)【要約】
【課題】半導体特性に優れた積層構造体を提供する。
【解決手段】第１層及び第２層を含むｐ型半導体領域を備え、前記第１層及び前記第２層の各々は、酸化ガリウム系半導体とは組成が異なるｐ型の金属酸化物半導体を含み、前記第２層の金属酸化物半導体は、前記第１層の金属酸化物半導体に含まれる金属元素とは異なる金属元素を含む積層構造体。
【選択図】図１
【解決手段】第１層及び第２層を含むｐ型半導体領域を備え、前記第１層及び前記第２層の各々は、酸化ガリウム系半導体とは組成が異なるｐ型の金属酸化物半導体を含み、前記第２層の金属酸化物半導体は、前記第１層の金属酸化物半導体に含まれる金属元素とは異なる金属元素を含む積層構造体。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１層及び第２層を含むｐ型半導体領域を備え、
前記第１層及び前記第２層の各々は、酸化ガリウム系半導体とは組成が異なるｐ型の金属酸化物半導体を含み、
前記第２層の金属酸化物半導体は、前記第１層の金属酸化物半導体に含まれる金属元素とは異なる金属元素を含む積層構造体。
前記第１層及び前記第２層の各々は、酸化ガリウム系半導体とは組成が異なるｐ型の金属酸化物半導体を含み、
前記第２層の金属酸化物半導体は、前記第１層の金属酸化物半導体に含まれる金属元素とは異なる金属元素を含む積層構造体。
【請求項2】
前記第１層と前記第２層とが交互に積層された請求項１に記載の積層構造体。
【請求項3】
前記第１層の前記金属酸化物半導体及び前記第２層の前記金属酸化物半導体の各々は、dブロック金属元素を含み、且つ、コランダム構造を有する請求項１又は請求項２に記載の積層構造体。
【請求項4】
前記第２層の前記金属酸化物半導体は、α－Ｉｒ２Ｏ３である請求項３に記載の積層構造体。
【請求項5】
前記第１層の前記金属酸化物半導体は、α－Ｒｈ２Ｏ３である請求項３に記載の積層構造体。
【請求項6】
前記第１層の前記金属酸化物半導体は、α－Ｃｒ２Ｏ３である請求項３に記載の積層構造体。
【請求項7】
前記第１層の前記金属酸化物半導体は、α－Ｃｏ２Ｏ３である請求項３に記載の積層構造体。
【請求項8】
n型半導体領域をさらに備え、
前記ｐ型半導体領域は、前記n型半導体領域上に形成された請求項１又は請求項２に記載の積層構造体。
前記ｐ型半導体領域は、前記n型半導体領域上に形成された請求項１又は請求項２に記載の積層構造体。
【請求項9】
前記n型半導体領域は、α－Ｇａ２Ｏ３を含む請求項８に記載の積層構造体。
【請求項10】
前記第１層と前記第２層の各々の厚みは、５ｎｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の積層構造体。
【請求項11】
前記第１層と前記第２層の各々の厚みは、２ｎｍ以下である請求項１０に記載の積層構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、積層構造体に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、金属酸化物を主成分として含むｐ型酸化物半導体膜が開示されている。金属酸化物は、コランダム構造の結晶層を含む。特許文献１においては、金属酸化物として、α－Ｉｒ２Ｏ３が例示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第１９／０９８２９５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、半導体特性に優れた積層構造体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するために、本開示の一態様の積層構造体は、第１層及び第２層を含むｐ型半導体領域を備え、前記第１層及び前記第２層の各々は、酸化ガリウム系半導体とは組成が異なるｐ型の金属酸化物半導体を含み、前記第２層の金属酸化物半導体は、前記第１層の金属酸化物半導体に含まれる金属元素とは異なる金属元素を含む。
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、半導体特性に優れた積層構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】実施形態の積層構造体を示す模式断面図である。
【図2】積層構造体の製造装置の一例を示す概略構成図である。
【図3】積層構造体を備えた半導体装置の一例を示す断面図である。
【図4】積層構造体を備えた半導体装置の他の例を示す断面図である。
【図5】積層構造体を備えた半導体装置の更に他の例を示す断面図である。
【図6】積層構造体を備えた半導体装置の更に他の例を示す断面図である。
【図7】電源システムの一例を模式的に示す図である。
【図8】システム装置の一例を模式的に示す図である。
【図9】電源装置の電源回路図の一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本開示の実施形態について図面を用いて説明する。尚、特許請求の範囲にかかる発明は、実施形態に限定されない。また、実施形態の中で説明される構成の組み合わせの全てが課題の解決手段に必須であるとして限定するものでもない。また、本開示の各構成は、本開示の課題の解決を妨げない範囲で説明されている。なお、同一構成要素には同一符号を付すことで、重複する説明を省略する。
【0009】
また、当業者にとって明らかなように、本明細書において述べられていなくとも、図面中において示される特徴は必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではない。また、１つの形態における１つの特徴は別の形態においても用いられ得ることに留意されたい。周知の要素及び加工技術についての記載は、本開示の形態を必要に不明確にすることのないように省略され得る。本明細書において用いられる例は、単に本開示の理解を助けること、またさらに当業者が本開示の形態を実施できるようにすることを目的としている。したがって、本明細書における形態及び例は本開示の範囲に限定されて解釈されず、特許請求の範囲及び適用可能な法律によってのみ定められる。
【0010】
「第１」及び「第２」等の用語は、本明細書において用いられる様々な要素を記述するために用いられるが、要素は、これらの用語によって限定されない。「第１」及び「第２」等の用語は、１つの要素を別の要素から区別するためにのみ用いられる。例えば、本開示の範囲から逸脱することなく、第１の要素は第２の要素と称することができ、また、第２の要素は第１の要素と称することができる。本明細書において用いられるように、用語「及び／又は」は、挙げられた項目のうち１つまたは複数のいくつかまたは全ての組み合わせを包含する。
【0011】
本明細書において用いられる用語は、特定の形態のみを記述することを目的としており、本開示を限定することを意図していない。本明細書において用いられる「備える」、「有する」又は「含む」等は、記載された要素の存在を表すものであり、１つまたは複数の他の要素の存在を排除するものではない。
【0012】
別途定義されない限り、本明細書において用いられる全ての用語（技術用語及び科学用語を含む）は、本開示が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を持つ。本明細書において用いられる用語は本明細書の文脈及び関連技術における意味と矛盾しない意味を有するように解釈される。また、本明細書において定義されない限り、本明細書において用いられる用語は、理想化された、または過度に形式的な意味で解釈されるべきでないことを理解されたい。
【0013】
（実施形態）
図１は、本実施形態の積層構造体１００を模式的に示した断面図である。積層構造体１００は、例えば、半導体装置の一要素として用いられ、とりわけ、パワーデバイスに有用である。
図１は、本実施形態の積層構造体１００を模式的に示した断面図である。積層構造体１００は、例えば、半導体装置の一要素として用いられ、とりわけ、パワーデバイスに有用である。
【0014】
積層構造体１００が用いられる半導体装置としては、例えば、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）、ジャンクションバリアショットキーダイオード（ＪＢＳ）、金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）、接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）又は発光ダイオード等が挙げられる。半導体装置は、横型デバイスであってもよいし、縦型デバイスであってもよい。「横型デバイス」は、電極が半導体層の片面側に形成された横型の素子である。「縦型デバイス」は、半導体層の表裏両面側にそれぞれ電極を有する縦型の素子である。
【0015】
積層構造体１００は、ｐ型半導体領域１０１を備えている。この実施形態では、積層構造体１００は、ｎ型半導体領域１０２を更に備えている。尚、積層構造体１００は、ｎ型半導体領域１０２を備えなくてもよく、例えば、ｐ型半導体領域１０１だけで形成されてもよい。本開示において「ｐ型」及び「ｎ型」とは、ホール効果測定、走査型静電容量顕微鏡（ＳＣＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）又は走査型非線形誘電率顕微鏡（ＳＮＤＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）等によって判定されるキャリアタイプをいう。ｎ型半導体領域１０２は、ｎ型半導体層として機能する。ｐ型半導体領域１０１は、ｐ型半導体層として機能する。
【0016】
本開示では、便宜的にｐ型半導体領域１０１の厚み方向を「上下方向」と定義する。また、ｐ型半導体領域１０１の厚み方向のうちの一方を「上方」と定義し、他方を「下方」と定義する。尚、これら方向は、重力方向や使用時における方向等を限定するものではない。
【0017】
（n型半導体領域）
ｎ型半導体領域１０２は、厚み方向を有している。ｎ型半導体領域１０２の厚み方向は、上下方向と実質的に一致している。ｎ型半導体領域１０２は、例えば、酸化物半導体を含む。以下、ｎ型半導体領域１０２の酸化物半導体を「第１半導体」という。ｎ型半導体領域１０２は、第１半導体を主成分として含むことが好ましい。「主成分」とは、全体に対して原子比で５０％以上含むことを意味する。ｎ型半導体領域１０２は、第１半導体を原子比で７０％以上含むことが好ましく、９０％以上含むことが更に好ましい。この実施形態では、ｎ型半導体領域１０２は、第１半導体である。すなわち、ｎ型半導体領域１０２は、原子比で１００％の第１半導体を含んでいる。尚、ｎ型半導体領域１０２に含まれる第１半導体の割合は、原子比で５０％未満であってもよい。
ｎ型半導体領域１０２は、厚み方向を有している。ｎ型半導体領域１０２の厚み方向は、上下方向と実質的に一致している。ｎ型半導体領域１０２は、例えば、酸化物半導体を含む。以下、ｎ型半導体領域１０２の酸化物半導体を「第１半導体」という。ｎ型半導体領域１０２は、第１半導体を主成分として含むことが好ましい。「主成分」とは、全体に対して原子比で５０％以上含むことを意味する。ｎ型半導体領域１０２は、第１半導体を原子比で７０％以上含むことが好ましく、９０％以上含むことが更に好ましい。この実施形態では、ｎ型半導体領域１０２は、第１半導体である。すなわち、ｎ型半導体領域１０２は、原子比で１００％の第１半導体を含んでいる。尚、ｎ型半導体領域１０２に含まれる第１半導体の割合は、原子比で５０％未満であってもよい。
【0018】
第１半導体は、第１３族金属を含むことが好ましい。「第１３族金属」とは、周期表において第１３族に属する金属を意味する。「周期表」とは、国際純正応用化学連合（ＩＵＰＡＣ：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｏｎ ｏｆ Ｐｕｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）にて定められた周期表を意味する。第１３族金属としては、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）又はニホニウム（Ｎｈ）が挙げられる。第１半導体は、アルミニウム、ガリウム又はインジウムを含むことが好ましく、ガリウムを含むことが特に好ましい。
【0019】
第１半導体は、結晶であってもよいし、非晶質であってもよいが、結晶であることが好ましい。第１半導体の結晶構造としては、例えば、コランダム構造、β－ガリア構造、六方晶構造（例えば、ε型構造）、直方晶構造（例えば、κ型構造）、立方晶構造又は正方晶構造等が挙げられる。第１半導体は、コランダム構造を有することが好ましい。第１半導体は、第１３族金属を含み、且つ、コランダム構造を有することが更に好ましい。第１半導体は、α－Ｇａ２Ｏ３であることが更に好ましい。
【0020】
（ｐ型半導体領域）
ｐ型半導体領域１０１は、ｎ型半導体領域１０２上に形成されている。ｐ型半導体領域１０１の厚み方向は、上下方向と実質的に一致している。ｐ型半導体領域１０１は、ｎ型半導体領域１０２と接している。
ｐ型半導体領域１０１は、ｎ型半導体領域１０２上に形成されている。ｐ型半導体領域１０１の厚み方向は、上下方向と実質的に一致している。ｐ型半導体領域１０１は、ｎ型半導体領域１０２と接している。
【0021】
ｐ型半導体領域１０１は、第１層１１１及び第２層１１２を含んでいる。この実施形態では、ｐ型半導体領域１０１は、複数の第１層１１１と、複数の第２層１１２とを含んでいる。尚、ｐ型半導体領域１０１が第１層１１１と第２層１１２との両者を含むのであれば、ｐ型半導体領域１０１に含まれる第１層１１１の数、及びｐ型半導体領域１０１に含まれる第２層１１１の数の各々は、限定されない。例えば、ｐ型半導体領域１０１は、第１層１１１及び第２層１１２の各々を１層だけ含んでもよい。この実施形態では、ｐ型半導体領域１０１は、第１層１１１及び第２層１１２とは組成が異なる別の層を含んでおらず、複数の第１層１１１と複数の第２層１１２とによって形成されている。尚、ｐ型半導体領域１０１は、第１層１１１及び第２層１１２とは組成が異なる別の層を更に含んでもよい。
【0022】
第１層１１１と第２層１１２とは、上下方向において並んでいる。すなわち、第１層１１１と第２層１１２との積層方向は、上下方向と一致する。具体的には、第１層１１１と第２層１１２とは、交互に積層されている。ｐ型半導体領域１０１のうちｎ型半導体領域１０２側の端に位置する層は、第１層１１１である。この第１層１１１は、ｎ型半導体領域１０２に接している。尚、ｐ型半導体領域１０１のうちｎ型半導体領域１０２側の端に位置する層は、第２層１１２であってもよい。ｐ型半導体領域１０１のうちｎ型半導体領域１０２とは反対側の端に位置する層は、第２層１１２である。尚、ｐ型半導体領域１０１のうちｎ型半導体領域１０２とは反対側の端に位置する層は、第１層１１１であってもよい。第１層１１１及び第２層１１２の各々は、酸化ガリウム系半導体とは組成が異なるｐ型の金属酸化物半導体を含んでいる。ここで、「酸化ガリウム系半導体」とは、酸化ガリウムと、一部の原子サイトが他の原子に置換された酸化ガリウムとの両者を含む。したがって、「酸化ガリウム系半導体とは組成が異なる金属酸化物半導体」とは、ガリウムを含まない金属酸化物半導体を意味する。以下、第１層１１１の金属酸化物半導体を「第２半導体」という。第２層１１２の金属酸化物半導体を「第３半導体」という。以下、第１層１１１及び第２層１１２について更に詳述する。
【0023】
（第１層）
第１層１１１は、ｎ型半導体領域１０２及び第２層１１２、あるいは２つの第２層１１２に接している。第１層１１１の厚み方向は、上下方向と実質的に一致している。第１層１１１は、第２半導体を主成分として含んでいる。第１層１１１は、第２半導体を原子比で７０％以上含むことが好ましく、９０％以上含むことが更に好ましい。この実施形態では、第１層１１１は、第２半導体である。尚、第１層１１１に含まれる第２半導体の割合は、原子比で５０％未満であってもよい。
第１層１１１は、ｎ型半導体領域１０２及び第２層１１２、あるいは２つの第２層１１２に接している。第１層１１１の厚み方向は、上下方向と実質的に一致している。第１層１１１は、第２半導体を主成分として含んでいる。第１層１１１は、第２半導体を原子比で７０％以上含むことが好ましく、９０％以上含むことが更に好ましい。この実施形態では、第１層１１１は、第２半導体である。尚、第１層１１１に含まれる第２半導体の割合は、原子比で５０％未満であってもよい。
【0024】
第２半導体は、dブロック金属元素を含むことが好ましい。「dブロック金属元素」とは、周期表においてｄブロックに属する金属元素を意味する。具体的には、ｄブロックの元素は、３ｄ、４ｄ、５ｄ及び６ｄ軌道を満たす電子を有する。ｄブロック金属元素としては、例えば、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、テクネチウム（Ｔｃ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、カドミウム（Ｃｄ）、ルテチウム（Ｌｕ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、水銀（Ｈｇ）、ローレンシウム（Ｌｒ）、ラザホージウム（Ｒｆ）、ドブニウム（Ｄｂ）、シーボーギウム（Ｓｇ）、ボーリウム（Ｂｈ）、ハッシウム（Ｈｓ）、マイトネリウム（Ｍｔ）、ダームスタチウム（Ｄｓ）、レントゲニウム（Ｒｇ）又はコペルニシウム（Ｃｎ）が挙げられる。第２半導体は、ロジウム、クロム又はコバルトを含むことが好ましい。尚、第２半導体は、ｄブロック金属元素を含まなくてもよい。
【0025】
第２半導体は、結晶であってもよいし、非晶質であってもよいが、結晶であることが好ましい。第２半導体は、単結晶であってもよいし、多結晶であってもよい。第２半導体は、混晶ではない金属酸化物半導体、即ち単一成分結晶の金属酸化物半導体であることが好ましい。尚、第２半導体は、２種以上の化合物半導体を含んだ混晶、あるいは、化合物半導体と元素半導体とを含んだ混晶であってもよい。
【0026】
第２半導体が有する結晶構造としては、例えば、コランダム構造、β－ガリア構造、六方晶構造（例えば、ε型構造）、直方晶構造（例えば、κ型構造）、立方晶構造又は正方晶構造等が挙げられる。第２半導体は、コランダム構造を有することが好ましい。第２半導体は、dブロック金属元素を含み、且つ、コランダム構造を有することが更に好ましい。第２半導体は、α－Ｒｈ２Ｏ３、α－Ｃｒ２Ｏ３又はα－Ｃｏ２Ｏ３であることが更に好ましい。
【0027】
第２半導体は、所定のキャリア濃度を有している。尚、第２半導体のキャリア濃度は、全ての第１層１１１において実質的に同じであってもよいし、第１層１１１毎に異なっていてもよい。
【0028】
第１層１１１におけるキャリア濃度の変動要因となる欠陥の発生を抑制し、且つ、ｐ型半導体領域１０１のキャリア濃度を均一化するため、第１層１１１の厚みは、５ｎｍ以下であることが好ましく、２ｎｍ以下であることが更に好ましい。尚、第１層１１１の厚みは、限定されず、５ｎｍを超えてもよい。また、第１層１１１の厚みは、全ての第１層１１１の厚みが実質的に同じであってもよいし、第１層１１１毎に異なってもよい。
【0029】
（第２層）
第２層１１２は、１つの第１層１１１のみ、あるいは２つの第２層１１２に接している。第２層１１２の厚み方向は、上下方向と実質的に一致している。第２層１１２の組成は、第１層１１１の組成と異なる。第２層１１２は、第３半導体を主成分として含んでいる。第２層１１２は、第３半導体を原子比で７０％以上含むことが好ましく、９０％以上含むことが更に好ましい。この実施形態では、第２層１１２は、第３半導体である。尚、第２層１１２に含まれる第３半導体の割合は、原子比で５０％未満であってもよい。
第２層１１２は、１つの第１層１１１のみ、あるいは２つの第２層１１２に接している。第２層１１２の厚み方向は、上下方向と実質的に一致している。第２層１１２の組成は、第１層１１１の組成と異なる。第２層１１２は、第３半導体を主成分として含んでいる。第２層１１２は、第３半導体を原子比で７０％以上含むことが好ましく、９０％以上含むことが更に好ましい。この実施形態では、第２層１１２は、第３半導体である。尚、第２層１１２に含まれる第３半導体の割合は、原子比で５０％未満であってもよい。
【0030】
第３半導体は、dブロック金属を含むことが好ましい。第２半導体及び第３半導体の両者が、dブロック金属を含むことが更に好ましい。第３半導体は、イリジウムを含むことが更に好ましい。尚、第３半導体は、ｄブロック金属を含まなくてもよい。
【0031】
第３半導体は、結晶であってもよいし、非晶質であってもよいが、結晶であることが好ましい。第３半導体は、単結晶であってもよいし、多結晶であってもよい。第３半導体は、単一成分結晶の金属酸化物半導体、即ち混晶ではない金属酸化物半導体であることが好ましい。尚、第３半導体は、２種以上の化合物半導体を含んだ混晶、あるいは、化合物半導体と元素半導体とを含んだ混晶であってもよい。
【0032】
第３半導体の結晶構造としては、例えば、コランダム構造、β－ガリア構造、六方晶構造（例えば、ε型構造）、直方晶構造（例えば、κ型構造）、立方晶構造又は正方晶構造等が挙げられる。第３半導体は、コランダム構造を有することが好ましい。第２半導体及び第３半導体の両者が、コランダム構造を有することが更に好ましい。
【0033】
第３半導体は、dブロック金属を含み、且つ、コランダム構造を有することが更に好ましい。第２半導体及び第３半導体の両者が、dブロック金属を含み、且つ、コランダム構造を有することが更に好ましい。第３半導体は、α－Iｒ２Ｏ３であることが更に好ましい。
【0034】
第３半導体は、第２半導体のキャリア濃度とは異なるキャリア濃度を有している。具体的には、第３半導体のキャリア濃度は、第２半導体のキャリア濃度よりも大きい。尚、第３半導体のキャリア濃度は、全ての第２層１１２において実質的に同じであってもよいし、第２層１１２毎に異なっていてもよい。
【0035】
ｐ型半導体領域１０１のキャリア濃度を均一化し、且つ、第２層１１２におけるキャリア濃度の変動要因となる欠陥の発生を抑制するため、第２層１１２の厚みは、５ｎｍ以下であることが好ましく、２ｎｍ以下であることが更に好ましい。尚、第２層１１２の厚みは、限定されず、５ｎｍを超えてもよい。第１層１１１及び第２層１１２の各々の厚みが、５ｎｍ以下であることが更に好ましい。第１層１１１及び第２層１１２の各々の厚みが、２ｎｍ以下であることが更に好ましい。尚、第２層１１２の厚みは、全ての第２層１１２の厚みが実質的に同じであってもよいし、第２層１１２毎に異なってもよい。
【0036】
ｎ型半導体領域１０２とこれに積層される第１層１１１との格子定数差に起因する歪の発生を抑制するため、第１半導体の格子定数と第２半導体の格子定数との差は、第１半導体の格子定数と第３半導体の格子定数との差よりも小さいことが好ましい。さらに、第１層１１１とこれに積層される第２層１１２との格子定数差に起因する歪の発生を抑制するため、第２半導体の格子定数と第３半導体の格子定数との差は、第１半導体の格子定数と第３半導体の格子定数との差よりも小さいことが好ましい。
【0037】
（積層構造体の製造方法）
続いて、積層構造体１００の製造方法について説明する。積層構造体１００の製造方法は、ｐ型半導体領域１０１を形成する工程を含んでいる。積層構造体１００の製造方法は、ｎ型半導体領域１０２を形成する工程を更に含んでもよい。以下、ｎ型半導体領域１０２を形成する工程を「第１工程」という。ｐ型半導体領域１０１を形成する工程を、「第２工程」という。この実施形態では、第２工程は、第１工程の後に実行される。すなわち、第２工程では、第１工程において形成されたｎ型半導体領域１０２上にｐ型半導体領域１０１が形成される。尚、積層構造体１００の製造方法は、第１工程を含まなくてもよい。
続いて、積層構造体１００の製造方法について説明する。積層構造体１００の製造方法は、ｐ型半導体領域１０１を形成する工程を含んでいる。積層構造体１００の製造方法は、ｎ型半導体領域１０２を形成する工程を更に含んでもよい。以下、ｎ型半導体領域１０２を形成する工程を「第１工程」という。ｐ型半導体領域１０１を形成する工程を、「第２工程」という。この実施形態では、第２工程は、第１工程の後に実行される。すなわち、第２工程では、第１工程において形成されたｎ型半導体領域１０２上にｐ型半導体領域１０１が形成される。尚、積層構造体１００の製造方法は、第１工程を含まなくてもよい。
【0038】
第２工程は、第１層１１１を形成する工程と、第２層１１２を形成する工程とを含んでいる。以下、第１層１１１を形成する工程を「第１層形成工程」という。第２層１１２を形成する工程を「第２層形成工程」という。
【0039】
第２工程では、例えば、第１層形成工程と第２層形成工程とが交互に実行される。具体的には、第２工程では、まず第１層形成工程が実行されてｎ型半導体領域１０２上に第１層１１１が形成される。次に、第２層形成工程が実行されて第１層１１１上に第２層１１２が形成される。次に、第１層形成工程が実行されて第２層１１２上に第１層１１１が形成される。このように第１層形成工程及び第２層形成工程は、ｐ型半導体１０１の全体が形成されるまで交互に実行される。
【0040】
第１工程、第１層形成工程及び第２層形成工程の各々は、例えば、同様の方法によって実行される。そのため、以下では、第１層形成工程について詳述し、第２層形成工程及び第１工程の各々については、第１層形成工程と異なる点だけを説明し、重複する説明を省略する。また、以下の説明では、第１層形成工程において形成される第１層１１１、第２層形成工程において形成される第２層１１２、及び第１工程において形成されるｎ型半導体領域１０２の各々を「形成層」という場合がある。
【0041】
（第１層形成工程）
図２は、第１層形成工程において用いられる製造装置２９の概略説明図である。この実施形態の製造装置２９は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置であり、詳しくは、ミストＣＶＤによって成膜する成膜装置である。第２層形成工程及び第１工程の各々においては、例えば、製造装置２９と同様の製造装置が用いられる。尚、製造装置２９は、ＣＶＤ装置に限定されず、公知の他の成膜装置であってもよい。
図２は、第１層形成工程において用いられる製造装置２９の概略説明図である。この実施形態の製造装置２９は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置であり、詳しくは、ミストＣＶＤによって成膜する成膜装置である。第２層形成工程及び第１工程の各々においては、例えば、製造装置２９と同様の製造装置が用いられる。尚、製造装置２９は、ＣＶＤ装置に限定されず、公知の他の成膜装置であってもよい。
【0042】
第１層形成工程は、形成層（即ち、第１層１１１）の原料を含む原料溶液を霧化して液滴を浮遊させて霧化液滴を生成する工程（以下、霧化工程という）と、キャリアガスによって基体の表面まで霧化液滴を搬送する工程（以下、搬送工程という）と、霧化液滴を熱反応させることによって基体の表面上に形成層を成膜する工程（以下、成膜工程）とを含む。
【0043】
（基体）
第１工程において用いられる基体は、基板である。基板は、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。基板は、絶縁体基板であることが好ましく、また、表面に金属膜を有する基板であることも好ましい。基板は、コランダム構造を有することが好ましい。コランダム構造を有する基板としては、例えば、コランダム構造を有する材料を主成分とする下地基板が挙げられる。基板としては、例えば、サファイア基板（好ましくはｍ面サファイア基板）及びα型酸化ガリウム基板等が挙げられる。尚、第１層形成工程及び第２層形成工程の各々において用いられる基体は、基板、基板上に形成されたｎ型半導体領域１０２並びにそれまでに形成された第１層１１１及び第２層１１２を含む。
第１工程において用いられる基体は、基板である。基板は、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。基板は、絶縁体基板であることが好ましく、また、表面に金属膜を有する基板であることも好ましい。基板は、コランダム構造を有することが好ましい。コランダム構造を有する基板としては、例えば、コランダム構造を有する材料を主成分とする下地基板が挙げられる。基板としては、例えば、サファイア基板（好ましくはｍ面サファイア基板）及びα型酸化ガリウム基板等が挙げられる。尚、第１層形成工程及び第２層形成工程の各々において用いられる基体は、基板、基板上に形成されたｎ型半導体領域１０２並びにそれまでに形成された第１層１１１及び第２層１１２を含む。
【0044】
基体は、形成層を支持できれば特に限定されない。また、基体材料も、本開示の目的を阻害しない限り特に限定されず、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。また、基体の形状は限定されず、あらゆる形状に対して有効である。基体の形状としては、例えば、板状、繊維状、棒状、円柱状、角柱状、筒状、螺旋状、球状又はリング状等が挙げられる。
【0045】
（霧化工程）
霧化工程では、例えば、超音波を用いた霧化方法によって、原料溶液を霧化して霧化液滴（ミストを含む）を生成する。超音波を用いて得られた霧化液滴は、初速度がゼロであり、空中に浮遊する。そのため、霧化液滴をスプレーのように基体に吹き付けるのではなく、空間に浮遊させてガスとして基体へ搬送することができる。したがって、形成層には、衝突エネルギーによる損傷が少なく、非常に好適である。尚、霧化方法は、原料溶液を霧化できさえすれば特に限定されず、公知の方法であってよい。霧化液滴のサイズは、特に限定されず、数ｍｍ程度であってもよいが、好ましくは５０μｍ以下であり、より好ましくは１００ｎｍ以上１０μｍ以下である。
霧化工程では、例えば、超音波を用いた霧化方法によって、原料溶液を霧化して霧化液滴（ミストを含む）を生成する。超音波を用いて得られた霧化液滴は、初速度がゼロであり、空中に浮遊する。そのため、霧化液滴をスプレーのように基体に吹き付けるのではなく、空間に浮遊させてガスとして基体へ搬送することができる。したがって、形成層には、衝突エネルギーによる損傷が少なく、非常に好適である。尚、霧化方法は、原料溶液を霧化できさえすれば特に限定されず、公知の方法であってよい。霧化液滴のサイズは、特に限定されず、数ｍｍ程度であってもよいが、好ましくは５０μｍ以下であり、より好ましくは１００ｎｍ以上１０μｍ以下である。
【0046】
原料溶液は、例えば、形成層に含まれる金属を錯体又は塩の形態で有機溶媒又は水に溶解又は分散させた原料溶液であることが好ましい。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、ヒドリド錯体等が挙げられる。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、リン酸化金属塩又はハロゲン化金属塩（例えば塩化金属塩、臭化金属塩、ヨウ化金属塩等）等が挙げられる。本実施形態において用いられるミストＣＶＤ法によれば、原料濃度が低くても、好適に成膜することができる。尚、原料溶液には、無機材料が含まれていてもよいし、有機材料が含まれていてもよい。
【0047】
溶媒は、特に限定されず、水等の無機溶媒であってもよいし、アルコール等の有機溶媒であってもよいし、無機溶媒と有機溶媒の混合溶液であってもよい。本開示においては、溶媒が水を含むことが好ましく、水と酸の混合溶媒であることも好ましい。水としては、例えば、純水、超純水、水道水、井戸水、鉱泉水、鉱水、温泉水、湧水、淡水又は海水が挙げられる。水は、超純水であることが好ましい。酸としては、例えば、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸等の有機酸；三フッ化ホウ素、三フッ化ホウ素エーテラート、三塩化ホウ素、三臭化ホウ素、トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスルホン酸又はｐ－トルエンスルホン酸が挙げられる。酸は、酢酸であることが好ましい。
【0048】
（搬送工程）
搬送工程では、キャリアガスによって霧化液滴を基体へ搬送する。キャリアガスの種類としては、例えば、酸素、オゾン、窒素若しくはアルゴン等の不活性ガス、又は水素ガス若しくはフォーミングガス等の還元ガス等が挙げられる。キャリアガスは、酸素を含むことが好ましい。酸素を含むキャリアガスとしては、例えば空気、酸素ガス又はオゾンガス等が挙げられるが、とりわけ酸素ガス及び／又はオゾンガスが好ましい。また、キャリアガスの種類は１種類であってよいが、２種類以上であってもよく、キャリアガス濃度を変化させた希釈ガス（例えば１０倍希釈ガス等）等を、第２のキャリアガスとしてさらに用いてもよい。尚、キャリアガスは、本開示の目的を阻害しない限り特に限定されない。
搬送工程では、キャリアガスによって霧化液滴を基体へ搬送する。キャリアガスの種類としては、例えば、酸素、オゾン、窒素若しくはアルゴン等の不活性ガス、又は水素ガス若しくはフォーミングガス等の還元ガス等が挙げられる。キャリアガスは、酸素を含むことが好ましい。酸素を含むキャリアガスとしては、例えば空気、酸素ガス又はオゾンガス等が挙げられるが、とりわけ酸素ガス及び／又はオゾンガスが好ましい。また、キャリアガスの種類は１種類であってよいが、２種類以上であってもよく、キャリアガス濃度を変化させた希釈ガス（例えば１０倍希釈ガス等）等を、第２のキャリアガスとしてさらに用いてもよい。尚、キャリアガスは、本開示の目的を阻害しない限り特に限定されない。
【0049】
キャリアガスの供給箇所は、１箇所だけであってもよいし、２箇所以上あってもよい。本開示においては、霧化室、供給管及び成膜室を用いる場合には、霧化室及び供給管の各々にキャリアガスの供給箇所を設けることが好ましく、霧化室にはキャリアガスの供給箇所を設け、供給管には希釈ガスの供給箇所を設けることが更に好ましい。また、キャリアガスの流量は、特に限定されないが、０．０１Ｌ／分以上２０Ｌ／分以下であることが好ましく、１Ｌ／分以上１０Ｌ／分以下であることが更に好ましい。希釈ガスの場合には、希釈ガスの流量が、０．００１Ｌ／分以上５Ｌ／分以下であることが好ましく、０．１Ｌ／分以上３Ｌ／分以下であることが更に好ましい。
【0050】
（成膜工程）
成膜工程では、霧化液滴を基体表面近傍で反応させて、基体表面の一部または全部に成膜する。熱反応は、霧化液滴から膜が形成される熱反応であれば特に限定されず、熱によって霧化液滴が反応すればよく、反応条件等も本開示の目的を阻害しない限り特に限定されない。成膜工程においては、熱反応を、通常、溶媒の蒸発温度以上の温度で行うが、あまり高すぎない温度以下で行うことが好ましい。第１工程、第１層形成工程及び第２層形成工程の各々においては、熱反応を、１２００℃以下で行ってもよく、３００℃以上７００℃以下の温度で行うことが好ましく、３５０℃以上６００℃以下で行うことが最も好ましい。尚、第１工程、第１層形成工程及び第２層形成工程の各々においては、熱反応を、７５０℃以上１２００℃以下で行ってもよいし、７５０℃以上１１００℃以下で行ってもよい。また、熱反応は、本開示の目的を阻害しない限り、真空下、非酸素雰囲気下、還元ガス雰囲気下及び酸化雰囲気下のいずれの雰囲気下で行われてもよく、また、大気圧下、加圧下及び減圧下のいずれの条件下で行われてもよいが、本開示においては、酸化雰囲気下で行われることが好ましく、大気圧下で行われることも好ましく、酸化雰囲気下でかつ大気圧下で行われることが更に好ましい。なお、「酸化雰囲気」は、形成層が熱反応により形成できる雰囲気であれば特に限定されない。例えば、酸素を含むキャリアガスを用いたり、酸化剤を含む原料溶液からなるミストを用いたりして酸化雰囲気とすること等が挙げられる。また、膜厚は、成膜時間を調整することにより、設定することができる。
成膜工程では、霧化液滴を基体表面近傍で反応させて、基体表面の一部または全部に成膜する。熱反応は、霧化液滴から膜が形成される熱反応であれば特に限定されず、熱によって霧化液滴が反応すればよく、反応条件等も本開示の目的を阻害しない限り特に限定されない。成膜工程においては、熱反応を、通常、溶媒の蒸発温度以上の温度で行うが、あまり高すぎない温度以下で行うことが好ましい。第１工程、第１層形成工程及び第２層形成工程の各々においては、熱反応を、１２００℃以下で行ってもよく、３００℃以上７００℃以下の温度で行うことが好ましく、３５０℃以上６００℃以下で行うことが最も好ましい。尚、第１工程、第１層形成工程及び第２層形成工程の各々においては、熱反応を、７５０℃以上１２００℃以下で行ってもよいし、７５０℃以上１１００℃以下で行ってもよい。また、熱反応は、本開示の目的を阻害しない限り、真空下、非酸素雰囲気下、還元ガス雰囲気下及び酸化雰囲気下のいずれの雰囲気下で行われてもよく、また、大気圧下、加圧下及び減圧下のいずれの条件下で行われてもよいが、本開示においては、酸化雰囲気下で行われることが好ましく、大気圧下で行われることも好ましく、酸化雰囲気下でかつ大気圧下で行われることが更に好ましい。なお、「酸化雰囲気」は、形成層が熱反応により形成できる雰囲気であれば特に限定されない。例えば、酸素を含むキャリアガスを用いたり、酸化剤を含む原料溶液からなるミストを用いたりして酸化雰囲気とすること等が挙げられる。また、膜厚は、成膜時間を調整することにより、設定することができる。
【0051】
第１工程において、形成層は、基体上に直接成膜されてもよいし、基体上に形成層とは異なる他の層を介して成膜されてもよい。他の層としては、例えば、半導体層（例えば、ｎ型半導体層、ｎ＋型半導体層又はｎ－型半導体層等）、絶縁体層（半絶縁体層も含む）又はバッファ層等が挙げられる。半導体層又は絶縁体層としては、例えば、第１３族金属を含む半導体層又は絶縁体層等が挙げられる。バッファ層としては、例えば、コランダム構造を含む半導体層、絶縁体層又は導電体層等が好適な例として挙げられる。コランダム構造を含む半導体層としては、例えば、α―Ｆｅ２Ｏ３、α―Ｇａ２Ｏ３又はα―Ａｌ２Ｏ３等が挙げられ、混晶であってもよい。バッファ層の積層方法は特に限定されず、例えば、形成層を形成する方法と同様の方法であってもよい。
【0052】
以上説明した実施形態の積層構造体１００は、ｐ型半導体領域１０１の伝導制御を行い、ｐ型半導体領域１０１のキャリア濃度を所望の値とすることができる。すなわち、第１層１１１の第２半導体に含まれる金属元素と、第２層１１２の第３半導体に含まれる金属元素とは異なるため、第１層１１１のキャリア濃度と、第２層１１２のキャリア濃度とを大きく異ならせることができる。そのため、例えば、第２層１１２のキャリア濃度が第１層１１１のキャリア濃度よりも大きい場合、ｐ型半導体領域１０１全体の厚みに対する第２層１１２の厚みの合計値の割合を大きくすると、ｐ型半導体領域１０１全体のキャリア濃度は大きくなる。逆にｐ型半導体領域１０１全体の厚みに対する第１層１１１の厚みの合計値の割合を大きくすると、ｐ型半導体領域１０１全体のキャリア濃度は小さくなる。仮にｐ型半導体領域１０１が１種類の金属酸化物半導体からなる単層であると、金属酸化物半導体のキャリア濃度を精度良く制御することが難しく、結果としてｐ型半導体領域１０１のキャリア濃度の調整も難しくなる。しかし、本実施形態の積層構造体１００は、ｐ型半導体領域１０１における第１層１１１の厚みと第２層１１２の厚みとを調整することによって、ｐ型半導体領域１０１の伝導制御を精度良く行うことが可能になる。
【0053】
特に、α－Ｒｈ２Ｏ３、α－Ｃｒ２Ｏ３、α－Ｃｏ２Ｏ３及びα－Iｒ２Ｏ３等のdブロック金属を含む金属酸化物は、(ＩｒxＧａ1-x)2Ｏ3（ここで、Ｘは、０＜ｘ＜１を満足する数を表す）等の混晶と比較して、金属元素の含有率の変動に応じたキャリア濃度の変化量が小さいことが第１原理計算により確認できた。そのため、第１層１１１のキャリア濃度及び第２層１１２のキャリア濃度を安定させることができ、ひいてはｐ型半導体領域１０１の伝導制御を精度良く行うことが可能になる。更にこれらdブロック金属を含む金属酸化物は、バンドギャップが広い層を形成できる。したがって、半導体特性に優れた積層構造体１００を製造することができる。
【0054】
（実施例）
続いて、積層構造体１００の実施例について説明する。
続いて、積層構造体１００の実施例について説明する。
【0055】
（実施例１）
実施例１の積層構造体１００は、ｎ型半導体領域１０２がα－Ｇａ２Ｏ３であり、各第１層１１１がα－Ｒｈ２Ｏ３であり、各第２層１１２がα－Iｒ２Ｏ３である。第１層１１１と第２層１１２とは、交互に積層されている。
実施例１の積層構造体１００は、ｎ型半導体領域１０２がα－Ｇａ２Ｏ３であり、各第１層１１１がα－Ｒｈ２Ｏ３であり、各第２層１１２がα－Iｒ２Ｏ３である。第１層１１１と第２層１１２とは、交互に積層されている。
【0056】
本実施例の積層構造体１００にあっては、ｐ型半導体領域１０１における第１層１１１の厚みの合計値ｄ１と、ｐ型半導体領域１０１における第２層１１２の厚みの合計値ｄ２との比率を変更することにより、ｐ型半導体領域１０１のキャリア濃度を調整することができる。具体的には、ｄ２／ｄ１＝１とすることにより、ｐ型半導体領域１０１のキャリア濃度を約１×１０１８にすることができる。
【0057】
また、第１原理計算より、α－Ｒｈ２Ｏ３とα－Iｒ２Ｏ３との格子不整合度は、約１．１％と小さいことを確認できた。さらに、α－Ｇａ２Ｏ３とα－Ｒｈ２Ｏ３との格子不整合度は、約３．３％であり、α－Ｇａ２Ｏ３とIｒ２Ｏ３との格子不整合度とは約４．６％であり、α－Ｇａ２Ｏ３とα－Ｒｈ２Ｏ３との格子不整合度は、α－Ｇａ２Ｏ３とIｒ２Ｏ３との格子不整合度とよりも小さいことを確認できた。そのため、歪の影響が少なく、結晶性の優れた積層構造体１００とすることができる。特にｎ型半導体領域１０２上の第１層１１１の結晶性を向上できるため、ｐｎ接合面であるｎ型半導体領域１０２と第１層１１１との界面において耐電界強度を向上できる。
【0058】
（実施例２）
実施例２の積層構造体１００は、ｎ型半導体領域１０２がα－Ｇａ２Ｏ３であり、各第１層１１１がα－Ｃｒ２Ｏ３であり、各第２層１１２がα－Iｒ２Ｏ３である。第１層１１１と第２層１１２とは、交互に積層されている。
実施例２の積層構造体１００は、ｎ型半導体領域１０２がα－Ｇａ２Ｏ３であり、各第１層１１１がα－Ｃｒ２Ｏ３であり、各第２層１１２がα－Iｒ２Ｏ３である。第１層１１１と第２層１１２とは、交互に積層されている。
【0059】
本実施例の積層構造体１００にあっては、ｐ型半導体領域１０１における第１層１１１の厚みの合計値ｄ１と、ｐ型半導体領域１０１における第２層１１２の厚みの合計値ｄ２との比率を変更することにより、ｐ型半導体領域１０１のキャリア濃度を調整することができる。
【0060】
また、第１原理計算より、α－Ｃｒ２Ｏ３とα－Iｒ２Ｏ３との格子不整合度は、約０．７％と小さいことを確認した。そのため、歪の影響が少なく、結晶性の優れた積層構造体１００とすることができる。特にｎ型半導体領域１０２上の第１層１１１の結晶性を向上できるため、ｐｎ接合面であるｎ型半導体領域１０２と第１層１１１との界面において耐電界強度を向上できる。
【0061】
また、第１原理計算により、α－Ｃｒ２Ｏ３のバンドギャップは約３．５６ｅＶであり、α－Iｒ２Ｏ３のバンドギャップは約２．８４ｅＶであり、α－Ｇａ２Ｏ３のバンドギャップは、約４．０８ｅＶであることを確認した。すなわち、α－Ｃｒ２Ｏ３のバンドギャップは、α－Ｇａ２Ｏ３のバンドギャップに匹敵する。そのため、ｐ型半導体領域１０１のバンドギャップを広くすることができ、高耐圧のｐｎ接合に好適である。
【0062】
（実施例３）
実施例３の積層構造体１００は、ｎ型半導体領域１０２がα－Ｇａ２Ｏ３であり、各第１層１１１がα－Ｃｏ２Ｏ３であり、各第２層１１２がα－Iｒ２Ｏ３である。第１層１１１と第２層１１２とは、交互に積層されている。
実施例３の積層構造体１００は、ｎ型半導体領域１０２がα－Ｇａ２Ｏ３であり、各第１層１１１がα－Ｃｏ２Ｏ３であり、各第２層１１２がα－Iｒ２Ｏ３である。第１層１１１と第２層１１２とは、交互に積層されている。
【0063】
本実施例の積層構造体１００にあっては、ｐ型半導体領域１０１における第１層１１１の厚みの合計値ｄ１と、ｐ型半導体領域１０１における第２層１１２の厚みの合計値ｄ２との比率を変更することにより、ｐ型半導体領域１０１のキャリア濃度を調整することができる。
【0064】
また、第１原理計算より、α－Ｃｏ２Ｏ３のバンドギャップは約３．６ｅＶであり、α－Iｒ２Ｏ３のバンドギャップは約２．８４ｅＶであり、α－Ｇａ２Ｏ３のバンドギャップは、約４．０８ｅＶであることを確認した。すなわち、α－Ｃｏ２Ｏ３のバンドギャップは、α－Ｇａ２Ｏ３のバンドギャップに匹敵する。そのため、ｐ型半導体領域１０１のバンドギャップを広くすることができ、高耐圧のｐｎ接合に好適である。
【0065】
（半導体装置）
続いて、積層構造体１００を備えた半導体装置について説明する。図３は、積層構造体１００を備えた一例の半導体装置１０５Ａを示している。半導体装置１０５Ａは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。半導体装置１０５Ａは、積層構造体１００に電気的に接続された電極をさらに備えている。具体的には、半導体装置１０５Ａは、ｎ＋型半導体層（ドレイン層）１、ｎ－型半導体層（ドリフト層）２、ｐ＋型半導体層（ディープｐ層）６、ｐ－型半導体層（チャネル層）７、ｎ＋型半導体層（ｎ＋ソース層）１１、ゲート絶縁膜（層間絶縁膜）１３、ゲート電極３、ｐ＋型半導体層１６、ソース電極２４及びドレイン電極２６を備えている。ｐ＋型半導体層（ディープｐ層）６は、少なくともその一部が、ゲート電極３の埋設下端部３ａよりも深い位置にまでｎ－型半導体層２内に埋設されている。ゲート電極３、ソース電極２４及びドレイン電極２６の各々は電極の一例である。以下、ゲート電極３、ソース電極２４及びドレイン電極２６の各々を単に「電極」という場合がある。半導体装置１０５Ａにおいて、ｐ型半導体領域１０１は、例えば、半導体装置１０５Ａにおけるｐ＋型半導体層６、ｐ－型半導体層７又はｐ＋型半導体層１６として用いられる。ｎ型半導体領域１０２は、ｎ＋型半導体層１又はｎ－型半導体層２として用いられる。
続いて、積層構造体１００を備えた半導体装置について説明する。図３は、積層構造体１００を備えた一例の半導体装置１０５Ａを示している。半導体装置１０５Ａは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。半導体装置１０５Ａは、積層構造体１００に電気的に接続された電極をさらに備えている。具体的には、半導体装置１０５Ａは、ｎ＋型半導体層（ドレイン層）１、ｎ－型半導体層（ドリフト層）２、ｐ＋型半導体層（ディープｐ層）６、ｐ－型半導体層（チャネル層）７、ｎ＋型半導体層（ｎ＋ソース層）１１、ゲート絶縁膜（層間絶縁膜）１３、ゲート電極３、ｐ＋型半導体層１６、ソース電極２４及びドレイン電極２６を備えている。ｐ＋型半導体層（ディープｐ層）６は、少なくともその一部が、ゲート電極３の埋設下端部３ａよりも深い位置にまでｎ－型半導体層２内に埋設されている。ゲート電極３、ソース電極２４及びドレイン電極２６の各々は電極の一例である。以下、ゲート電極３、ソース電極２４及びドレイン電極２６の各々を単に「電極」という場合がある。半導体装置１０５Ａにおいて、ｐ型半導体領域１０１は、例えば、半導体装置１０５Ａにおけるｐ＋型半導体層６、ｐ－型半導体層７又はｐ＋型半導体層１６として用いられる。ｎ型半導体領域１０２は、ｎ＋型半導体層１又はｎ－型半導体層２として用いられる。
【0066】
半導体装置１０５Ａは、ソース電極２４とドレイン電極２６との間に電圧が印加された状態で、ゲート電極３にソース電極２４に対して正の電圧が与えられることによってターンオンする。半導体装置１０５Ａのオン状態では、ｐ－型半導体層７とゲート絶縁膜１３との界面にチャネルが形成される。半導体装置は、ゲート電極３の電圧が０Ｖになることにより、ターンオフする。半導体装置１０５Ａのオフ状態では、チャネルが形成されない。
【0067】
半導体装置１０５Ａは、ｐ＋型半導体層６が、ゲート電極３よりも深くｎ－型半導体層２に埋め込まれている。そのため、ゲート電極３の下部近傍の電界を緩和することができ、ゲート絶縁膜１３内及びｎ－型半導体層２内の電界分布をより良好なものとすることができる。
【0068】
電極の材料は、特に限定されず、導電性無機材料であってもよいし、導電性有機材料であってもよい。本開示においては、電極の材料は、金属、金属化合物、金属酸化物又は金属窒化物であることが好ましい。金属としては、好適には例えば、周期表第４族～第１１族から選ばれる少なくとも１種の金属等が挙げられる。周期表第４族の金属としては、例えば、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）又はハフニウム（Ｈｆ）等が挙げられる。周期表第５族の金属としては、例えば、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）又はタンタル（Ｔａ）等が挙げられる。周期表第６族の金属としては、例えば、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）等から選ばれる１種または２種以上の金属等が挙げられる。周期表第７族の金属としては、例えば、マンガン（Ｍｎ）、テクネチウム（Ｔｃ）、レニウム（Ｒｅ）等が挙げられる。周期表第８族の金属としては、例えば、鉄（Ｆｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）又はオスミウム（Ｏｓ）等が挙げられる。周期表第９族の金属としては、例えば、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）又はイリジウム（Ｉｒ）等が挙げられる。周期表第１０族の金属としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）又は白金（Ｐｔ）等が挙げられる。周期表第１１族の金属としては、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）又は金（Ａｕ）等が挙げられる。
【0069】
電極の形成手段としては、例えば、ドライ法又はウェット法等の公知の手段が挙げられる。ドライ法としては、例えば、スパッタ、真空蒸着又はＣＶＤ等の公知の手段が挙げられる。ウェット法としては、例えば、スクリーン印刷又はダイコート等が挙げられる。
【0070】
ゲート絶縁膜１３の構成材料は、特に限定されず、公知の材料であってもよい。ゲート絶縁膜１３の材料としては、例えば、ＳｉＯ２膜、ＳｉＯＮ膜、ＡｌＯＮ膜、ＡｌＮ膜、Ａｌ２Ｏ３膜又はＨｆＯ２膜等が挙げられる。ゲート絶縁膜１３の形成方法としては、例えば、ＣＶＤ法、大気圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、ＡＬＤ法又はミストＣＶＤ法等が挙げられる。ゲート絶縁膜１３の形成方法は、ミストＣＶＤ法又は大気圧ＣＶＤ法であることが好ましい。
【0071】
半導体装置１０５Ａの各層の形成手段は、本開示の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知の手段であってよい。各層の形成手段としては、例えば、真空蒸着法やＣＶＤ法、スパッタ法、各種コーティング技術等により成膜した後、フォトリソグラフィー法によりパターニングする手段、又は印刷技術等を用いて直接パターニングを行う手段等が挙げられる。各層の形成手段は、ミストＣＶＤ法が好ましい。
【0072】
図４は、積層構造体１００を備えた他の一例の半導体装置１０５Ｂを示している。半導体装置１０５Ｂは、ｐ＋型半導体層６とｎ－型半導体層２との間にｉ型半導体層２８が設けられている点で図３に示す半導体装置１０５Ａと異なる。半導体装置１０５Ｂは、その他の点で図３に示す半導体装置１０Ａと同様の構成を備える。そのため、以下の半導体装置１０５Ｂの説明では、半導体装置１０５Ａと異なる点について説明し、半導体装置１０５Ａと共通する点については、共通する要素に同一の符号を付して説明を省略する。
【0073】
ｉ型半導体層２８は、ｎ－型半導体層２よりもキャリア密度が小さいものであれば、特に限定されない。ｉ型半導体層２８の主成分は、ｎ－型半導体層２の主成分と同一であることが好ましい。
【0074】
図５は、積層構造体１００を備えた更に他の一例の半導体装置１０５Ｃを示している。半導体装置１０５Ｃは、ゲート絶縁膜１３の底部付近にｐ型半導体層２７を備える点で図４に示す半導体装置１０５Ｂと異なる。半導体装置１０５Ｃは、その他の点で半導体装置１０５Ｂと同様の構成を備える。そのため、そのため、以下の半導体装置１０５Ｃの説明では、半導体装置１０５Ｂと異なる点について説明し、半導体装置１０５Ｂと共通する点については、共通する要素に同一の符号を付して説明を省略する。半導体装置１０５Ｃにおいて、ｐ型半導体層２７として用いられてもよい。
【0075】
図６は、積層構造体１００を備えた更に他の一例の半導体装置２０１を示している。半導体装置２０１は、冷却器を備えたパワーカードである。この例の半導体装置２０１は、両面冷却型のパワーカードであり、積層構造体１００を含む半導体素子と、半導素子の両側にそれぞれ配置された２つの冷却器とを備えている。第１層１１１及び第２層１１２の各々は、例えば、半導体素子の一要素として用いられる。半導体装置２０１は、半導体素子と冷却器との間に配置される絶縁部材をさらに備えることが好ましい。半導体装置２０１は、半導体素子と絶縁部材との間に配置される放熱層をさらに備えることが好ましい。この例の半導体装置２０１は、冷媒チューブ２０２、スペーサ２０３、絶縁板２０８、封止樹脂部２０９、半導体チップ３０１ａ、フライホイルダイオード３０１ｂ、金属伝熱板（突出端子部）３０２ｂ、ヒートシンク及び電極３０３、金属伝熱板（突出端子部）３０３ｂ、はんだ層３０４、制御電極端子３０５及びボンディングワイヤ３０８を備えている。冷媒チューブ２０２は、冷却器の一例である。絶縁板２０８は、絶縁部材の一例である。半導体チップ３０１ａ及びフライホイルダイオード３０１ｂの各々は、半導素子の一例である。金属電熱板３０２ｂ及び金属伝熱板３０３ｂの各々は、放熱層の一例である。
【0076】
半導体チップ３０１ａは、金属伝熱板３０２ｂの内側の主面上にはんだ層３０４で接合され、半導体チップ３０１ａの残余の主面には、金属伝熱板３０３ｂがはんだ層３０４で接合されている。これによりＩＧＢＴのコレクタ電極面及びエミッタ電極面にフライホイルダイオード３０１ｂのアノード電極面及びカソード電極面がいわゆる逆並列に接続されている。金属伝熱板３０２ｂ及び３０３ｂの各々の材料としては、例えば、Ｍｏ又はＷ等が挙げられる。金属伝熱板３０２ｂ及び３０３ｂは、半導体チップ３０１ａとフライホイルダイオード３０１ｂの厚みの差を吸収する厚みの差をもち、これにより金属伝熱板３０２ｂ及び３０３ｂの外表面は平面となっている。
【0077】
樹脂封止部２０９は、例えばエポキシ樹脂からなる。半導体チップ３０１ａ、フライホイルダイオード３０１ｂ、金属伝熱板３０２ｂの一部、金属伝熱板３０３ｂの一部及び制御電極端子３０５の一部は、樹脂封止部２０９でモールドされている。但し、金属伝熱板３０２ｂ及び３０３ｂの外主面、即ち接触受熱面は完全に露出している。金属伝熱板３０２ｂの一部及び金属伝熱板３０３ｂの一部は、樹脂封止部２０９から図６中、右方に突出している。いわゆるリードフレーム端子である制御電極端子３０５の一部は、例えばＩＧＢＴが形成された半導体チップ３０１ａのゲート（制御）電極面と制御電極端子３０５とを接続している。
【0078】
絶縁スペーサである絶縁板２０８は、例えば、窒化アルミニウムフィルムで構成されているが、他の絶縁フィルムであってもよい。絶縁板２０８は金属伝熱板３０２ｂ及び３０３ｂを完全に覆って密着しているが、絶縁板２０８と金属伝熱板３０２ｂ及び３０３ｂとは、単に接触するだけでもよいし、シリコングリス等の良熱伝熱材を塗布してもよいし、それらを種々の方法で接合させてもよい。また、セラミック溶射等で絶縁層を形成してもよく、絶縁板２０８を金属伝熱板３０２ｂ及び３０３ｂ上に接合してもよく、冷媒チューブ２０２上に接合又は形成してもよい。
【0079】
冷媒チューブ２０２は、例えば、アルミニウム合金を引き抜き成形法あるいは押し出し成形法で成形された板材を必要な長さに切断して作製される。冷媒チューブ２０２の厚み方向断面は、互いに所定間隔を隔てて流路方向に延在する多数の隔壁２２１で区画された流路２２２を多数有している。このような好適なパワーカードによればより高い放熱性を実現することができ、より高い信頼性を満たすことができる。
【0080】
スペーサ２０３は、例えば、はんだ合金等の軟質の金属板であってよいが、金属伝熱板３０２ｂ及び３０３ｂの接触面に塗布等によって形成したフィルム（膜）としてもよい。軟質のスペーサ２０３の表面は、容易に変形して、樹脂封止部２０９の微小凹凸や反り、冷媒チューブ２０２の微小凹凸や反りになじんで熱抵抗を低減する。なお、スペーサ２０３の表面等に公知の良熱伝導性グリス等を塗布してもよく、スペーサ２０３を省略してもよい。
【0081】
本開示の半導体装置１０５Ａ～１０５Ｃ及び２０１は、上記した事項に加え、さらに公知の方法を用いて、パワーモジュール、インバータまたはコンバータとして好適に用いられ、さらには、例えば電源装置を用いた半導体システム等に好適に用いられる。電源装置は、公知の方法を用い、半導体装置１０５Ａ～１０５Ｃ，２０１を配線パターン等に接続する等して作製することができる。図７に電源システムの例を示す。図７に示す例では、複数の電源装置１７１、１７２と制御回路１７３を用いて電源システム１７０が構成されている。電源システム１７０は、図８に示すように、電子回路１８１と組み合わせてシステム装置１８０に用いることができる。尚、電源装置の電源回路図の一例を図９に示す。図９は、パワー回路と制御回路からなる電源装置の電源回路を示しており、インバータ１９２（ＭＯＳＦＥＴ Ａ～Ｄで構成）によりＤＣ電圧を高周波でスイッチングしＡＣへ変換後、トランス１９３で絶縁及び変圧を実施し、整流ＭＯＳＦＥＴ１９４で整流後、ＤＣＬ１９５（平滑用コイルＬ１，Ｌ２）とコンデンサにて平滑し、直流電圧を出力する。この時に電圧比較器１９７で出力電圧を基準電圧と比較し、所望の出力電圧となるようＰＷＭ制御回路１９６でインバータ１９２及び整流ＭＯＳＦＥＴ１９４を制御する。
【0082】
（付記）
以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【0083】
（付記１）
第１層及び第２層を含むｐ型半導体領域を備え、前記第１層及び前記第２層の各々は、酸化ガリウム系半導体とは組成が異なるｐ型の金属酸化物半導体を含み、前記第２層の金属酸化物半導体は、前記第１層の金属酸化物半導体に含まれる金属元素とは異なる金属元素を含む積層構造体。
第１層及び第２層を含むｐ型半導体領域を備え、前記第１層及び前記第２層の各々は、酸化ガリウム系半導体とは組成が異なるｐ型の金属酸化物半導体を含み、前記第２層の金属酸化物半導体は、前記第１層の金属酸化物半導体に含まれる金属元素とは異なる金属元素を含む積層構造体。
【0084】
（付記２）
前記第１層と前記第２層とが交互に積層された付記１に記載の積層構造体。
前記第１層と前記第２層とが交互に積層された付記１に記載の積層構造体。
【0085】
（付記３）
前記第１層の前記金属酸化物半導体及び前記第２層の前記金属酸化物半導体の各々は、dブロック金属元素を含み、且つ、コランダム構造を有する付記１又は付記２に記載の積層構造体。
前記第１層の前記金属酸化物半導体及び前記第２層の前記金属酸化物半導体の各々は、dブロック金属元素を含み、且つ、コランダム構造を有する付記１又は付記２に記載の積層構造体。
【0086】
（付記４）
前記第２層の前記金属酸化物半導体は、α－Ｉｒ２Ｏ３である付記３に記載の積層構造体。
前記第２層の前記金属酸化物半導体は、α－Ｉｒ２Ｏ３である付記３に記載の積層構造体。
【0087】
（付記５）
前記第１層の前記金属酸化物半導体は、α－Ｒｈ２Ｏ３である付記３又は付記４に記載の積層構造体。
前記第１層の前記金属酸化物半導体は、α－Ｒｈ２Ｏ３である付記３又は付記４に記載の積層構造体。
【0088】
（付記６）
前記第１層の前記金属酸化物半導体は、α－Ｃｒ２Ｏ３である付記３又は付記４に記載の積層構造体。
前記第１層の前記金属酸化物半導体は、α－Ｃｒ２Ｏ３である付記３又は付記４に記載の積層構造体。
【0089】
（付記７）
前記第１層の前記金属酸化物半導体は、α－Ｃｏ２Ｏ３である付記３又は付記４に記載の積層構造体。
前記第１層の前記金属酸化物半導体は、α－Ｃｏ２Ｏ３である付記３又は付記４に記載の積層構造体。
【0090】
（付記８）
n型半導体領域をさらに備え、
前記ｐ型半導体領域は、前記n型半導体領域上に形成された付記１乃至付記７のいずれか１つに記載の積層構造体。
n型半導体領域をさらに備え、
前記ｐ型半導体領域は、前記n型半導体領域上に形成された付記１乃至付記７のいずれか１つに記載の積層構造体。
【0091】
（付記９）
前記n型半導体領域は、α－Ｇａ２Ｏ３を含む付記８記載の積層構造体。
前記n型半導体領域は、α－Ｇａ２Ｏ３を含む付記８記載の積層構造体。
【0092】
（付記１０）
前記第１層と前記第２層の各々の厚みは、５ｎｍ以下である付記１乃至付記９のいずれか１つに記載の積層構造体。
前記第１層と前記第２層の各々の厚みは、５ｎｍ以下である付記１乃至付記９のいずれか１つに記載の積層構造体。
【0093】
（付記１１）
前記第１層と前記第２層の各々の厚みは、２ｎｍ以下である付記１０に記載の積層構造体。
前記第１層と前記第２層の各々の厚みは、２ｎｍ以下である付記１０に記載の積層構造体。
【産業上の利用可能性】
【0094】
本開示の積層構造体は、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、工業部材等あらゆる分野に用いることができるが、半導体特性に優れているため、特に、半導体装置等に有用である。
【符号の説明】
【0095】
１ ｎ＋型半導体層
２ ｎ－型半導体層
３ ゲート電極
６ ｐ＋型半導体層
７ ｐ－型半導体層
１１ ｎ＋型半導体層
１３ ゲート絶縁膜
１６ ｐ＋型半導体層
２４ ソース電極
２６ ドレイン電極
２７ ｐ型半導体層
２８ ｉ型半導体層
２９ 製造装置
３２ａ キャリアガス供給装置
３２ｂ キャリアガス（希釈）供給装置
３３ａ 流量調節弁
３３ｂ 流量調節弁
３４ ミスト発生源
３４ａ 原料溶液
３４ｂ ミスト
３５ 容器
３５ａ 水
３６ 超音波振動子
３７ 供給管
３８ ヒーター
４０ 成膜室
１００ 積層構造体
１０１ ｐ型半導体領域
１０２ ｎ型半導体領域
１０５Ａ 半導体装置
１０５Ｂ 半導体装置
１０５Ｃ 半導体装置
１１１ 第１層
１１２ 第２層
１７０ 電源システム
１７１ 電源装置
１７２ 電源装置
１７３ 制御回路
１８０ システム装置
１８１ 電子回路
１８２ 電源システム
１９２ インバータ
１９３ トランス
１９４ 整流ＭＯＳＦＥＴ
１９５ ＤＣＬ
１９６ ＰＷＭ制御回路
１９７ 電圧比較器
２０１ 半導体装置
２０２ 冷媒チューブ
２０３ スペーサ
２０８ 絶縁板（絶縁スペーサ）
２０９ 封止樹脂部
２２１ 隔壁
２２２ 流路
３０１ａ 半導体チップ
３０１ｂ フライホイルダイオード
３０２ｂ 金属伝熱板（突出端子部）
３０３ ヒートシンク及び電極
３０３ｂ 金属伝熱板（突出端子部）
３０４ はんだ層
３０５ 制御電極端子
３０８ ボンディングワイヤ
２ ｎ－型半導体層
３ ゲート電極
６ ｐ＋型半導体層
７ ｐ－型半導体層
１１ ｎ＋型半導体層
１３ ゲート絶縁膜
１６ ｐ＋型半導体層
２４ ソース電極
２６ ドレイン電極
２７ ｐ型半導体層
２８ ｉ型半導体層
２９ 製造装置
３２ａ キャリアガス供給装置
３２ｂ キャリアガス（希釈）供給装置
３３ａ 流量調節弁
３３ｂ 流量調節弁
３４ ミスト発生源
３４ａ 原料溶液
３４ｂ ミスト
３５ 容器
３５ａ 水
３６ 超音波振動子
３７ 供給管
３８ ヒーター
４０ 成膜室
１００ 積層構造体
１０１ ｐ型半導体領域
１０２ ｎ型半導体領域
１０５Ａ 半導体装置
１０５Ｂ 半導体装置
１０５Ｃ 半導体装置
１１１ 第１層
１１２ 第２層
１７０ 電源システム
１７１ 電源装置
１７２ 電源装置
１７３ 制御回路
１８０ システム装置
１８１ 電子回路
１８２ 電源システム
１９２ インバータ
１９３ トランス
１９４ 整流ＭＯＳＦＥＴ
１９５ ＤＣＬ
１９６ ＰＷＭ制御回路
１９７ 電圧比較器
２０１ 半導体装置
２０２ 冷媒チューブ
２０３ スペーサ
２０８ 絶縁板（絶縁スペーサ）
２０９ 封止樹脂部
２２１ 隔壁
２２２ 流路
３０１ａ 半導体チップ
３０１ｂ フライホイルダイオード
３０２ｂ 金属伝熱板（突出端子部）
３０３ ヒートシンク及び電極
３０３ｂ 金属伝熱板（突出端子部）
３０４ はんだ層
３０５ 制御電極端子
３０８ ボンディングワイヤ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
