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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-07-19
(45)【発行日】2023-07-27
(54)【発明の名称】半導体装置とその製造方法
(51)【国際特許分類】
C30B 29/16 20060101AFI20230720BHJP
C30B 25/18 20060101ALI20230720BHJP
C23C 16/40 20060101ALI20230720BHJP
H01L 21/365 20060101ALI20230720BHJP
H01L 29/24 20060101ALI20230720BHJP
H01L 21/338 20060101ALI20230720BHJP
H01L 29/778 20060101ALI20230720BHJP
H01L 29/812 20060101ALI20230720BHJP
H01L 21/368 20060101ALN20230720BHJP
【ＦＩ】
C30B29/16
C30B25/18
C23C16/40
H01L21/365
H01L29/24
H01L29/80 H
H01L21/368 Z
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2020021850
(22)【出願日】2020-02-12
(65)【公開番号】P2021127262
(43)【公開日】2021-09-02
【審査請求日】2022-07-08
(73)【特許権者】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(73)【特許権者】
【識別番号】504255685
【氏名又は名称】国立大学法人京都工芸繊維大学
(74)【代理人】
【識別番号】110000110
【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】永岡 達司
(72)【発明者】
【氏名】西中 浩之
(72)【発明者】
【氏名】吉本 昌広
【審査官】森坂 英昭
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－００９４０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０１１８５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０８８４５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／０８４３０４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１３－０２８４８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０６３９７３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ３０Ｂ １／００ － ３５／００
Ｃ２３Ｃ １６／００ － １６／５６
Ｈ０１Ｌ ２１／３６５
Ｈ０１Ｌ ２９／２４
Ｈ０１Ｌ ２１／３３８
Ｈ０１Ｌ ２１／３６８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体装置の製造方法であって、ミストＣＶＤ法によって、Ｇａ２－ｘＦｅｘＯ３（０＜ｘ＜２）により構成された第１層上に、前記第１層とは異なる組成を有する半導体材料により構成されているとともに直方晶系の結晶構造を有する第２層を成長させる工程を有する、
製造方法。
【請求項2】
半導体装置であって、Ｇａ２－ｘＦｅｘＯ３（０＜ｘ＜２）により構成された第１層と、
前記第１層上に配置されており、前記第１層とは異なる組成を有する半導体材料により構成されており、直方晶系の結晶構造を有する第２層、
を有する半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書に開示の技術は、半導体装置とその製造方法に関する。
【0002】
特許文献１には、ε型Ｇａ２Ｏ３層上にε型（ＡｌＧａ）２Ｏ３層を積層した構造を有する半導体装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１９－００９４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
直方晶系の半導体を好適に成長させる技術が確立されていない。したがって、本明細書では、直方晶系の半導体を好適に成長させる技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、ミストＣＶＤ法によって、Ｇａ２－ｘＦｅｘＯ３（０＜ｘ＜２）により構成された第１層上に、前記第１層とは異なる組成を有する半導体材料により構成されているとともに直方晶系の結晶構造を有する第２層を成長させる工程を有する。
【0006】
なお、ミストＣＶＤ法は、ミストを反応させて膜を成長させるＣＶＤ法（chemical vapor deposition：化学気相成長法）である。
【0007】
この製造方法によれば、Ｇａ２－ｘＦｅｘＯ３により構成された第１層上に、直方晶系の結晶構造を有する第２層を好適に成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】成膜装置１０の説明図。
【図2】基板７０と酸化ガリウム膜７２の断面図。
【図3】基板７０と酸化ガリウム膜７２を２θスキャンによってＸ線解析した結果を示す図。
【図4】酸化ガリウム膜７２をφスキャンによってＸ線解析した結果を示す図。
【図5】比較例の酸化ガリウム膜をφスキャンによってＸ線解析した結果を示す図。
【図6】基板７０（ε－ＧａＦｅＯ３）の表面を示す図。
【図7】酸化ガリウム膜７２（κ－Ｇａ２Ｏ３）の表面を示す図。
【図8】成膜装置１００の説明図。
【図9】基板７０と酸化ガリウム膜７２とアルミニウムガリウム酸化物膜７４の断面図。
【図10】実施例２の製造方法によって製造される一例の半導体装置の断面図。
【図11】基板７０とインジウムガリウム酸化物膜７６の断面図。
【図12】基板７０とインジウムガリウム酸化物膜７６と酸化ガリウム膜７８の断面図。
【図13】実施例３の製造方法によって製造される一例の半導体装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本明細書に開示の技術の特徴を以下に列記する。なお、以下の特徴は、独立して有用なものであり、組み合わせて用いることも可能である。
【0010】
前記第１層が、ε－Ｇａ２－ｘＦｅｘＯ３により構成されていてもよい。この構成によれば、より高品質な第２層を成長させることができる。
【0011】
前記第１層が、Ｇａ２－ｘＦｅｘＯ３（０．７≦ｘ≦１．５）により構成されていてもよい。この場合、前記第１層が、ＧａＦｅＯ３により構成されていてもよい。これらの構成によれば、より高品質な第２層を成長させることができる。
【0012】
前記第２層が、少なくとも１μｍ×１μｍの正方形の範囲内において、回転ドメインを有さなくてもよい。直方晶系の第２層には回転ドメインが発生し易いが、本明細書に開示の製造方法によれば回転ドメインの発生を抑制できる。
【0013】
前記第２層が、ＩｎａＡｌｂＧａｃＯ３（０≦ａ≦２、０≦ｂ≦２、０≦ｃ≦２、１．５≦ａ＋ｂ＋ｃ≦２．５）により構成されていてもよい。
【0014】
前記第２層が、κ－ＩｎａＡｌｂＧａｃＯ３により構成されていてもよい。第１層と第２層を共にκ型とすれば、これらの間の界面の格子整合性をより向上させることができる。
【0015】
前記第２層が、ＩｎａＧａｃＯ３（０≦ａ≦２、０≦ｃ≦２、１．９≦ａ＋ｃ≦２．１）により構成されていてもよい。ＩｎａＧａｃＯ３は、第１層（Ｇａ２－ｘＦｅｘＯ３）と特に整合し易い。
【0016】
前記第２層が、前記第１層上にヘテロエピタキシャル成長されてもよい。
【0017】
前記第２層上に、前記第１層とは異なる組成を有する半導体材料により構成されている第３層を成長させてもよい。
【0018】
前記第３層が、直方晶系の結晶構造を有していてもよい。
【0019】
前記第３層が、少なくとも１μｍ×１μｍの正方形の範囲内において、回転ドメインを有さなくてもよい。
【0020】
前記第３層が、ＩｎｕＡｌｖＧａｗＯ３（０≦ｕ≦２、０≦ｖ≦２、０≦ｗ≦２、１．５≦ｕ＋ｖ＋ｗ≦２．５）により構成されていてもよい。
【0021】
前記第３層が、κ－ＩｎｕＡｌｖＧａｗＯ３により構成されていてもよい。第２層と第３層を共にκ型とすれば、これらの間の界面の格子整合性をより向上させることができる。
【0022】
前記第２層がＩｎａＡｌｂＧａｃＯ３により構成され、前記第３層がＩｎｕＡｌｖＧａｗＯ３により構成されている場合、ａ＞ｕであってもよい。または、ｂ＜ｖであってもよい。これらの構成によれば、第３層のバンドギャップを第２層のバンドギャップよりも大きくすることができる。ＨＥＭＴにおいて、第３層を電子供給層とし、第２層を電子走行層として用いることができる。
【0023】
前記第３層が、ＡｌｖＧａｗＯ３（０≦ｖ≦２、０≦ｗ≦２、１．９≦ｕ＋ｖ＋ｗ≦２．１）により構成されていてもよい。この構成によれば、第３層を電子供給層として用いることができる。また、高品質な第３層をより安定的に形成することができる。
【0024】
前記第３層が、ミストＣＶＤ法によって形成されてもよい。
【0025】
前記第３層が、前記第２層上にヘテロエピタキシャル成長されてもよい。
【実施例1】
【0026】
図１は、実施例１の製造方法に使用する成膜装置１０を示している。成膜装置１０は、ミストＣＶＤ法によって基板７０上に酸化物膜を形成する装置である。成膜装置１０は、基板７０が配置される炉１２と、炉１２を加熱するヒータ１４と、炉１２に接続されたミスト供給装置２０と、炉１２に接続された排出管８０を備えている。
【0027】
炉１２の具体的な構成は特に限定されない。一例ではあるが、図１に示す炉１２は、上流端１２ａから下流端１２ｂまで延びる管状炉である。炉１２の長手方向に垂直な断面は、円形である。例えば、炉１２の直径を、約４０mmとすることができる。但し、炉１２の断面は円形に限定されない。
【0028】
ミスト供給装置２０は、炉１２の上流端１２ａに接続されている。炉１２の下流端１２ｂには、排出管８０が接続されている。ミスト供給装置２０は、炉１２内にミスト６２を供給する。ミスト供給装置２０によって炉１２内に供給されたミスト６２は、炉１２内を下流端１２ｂまで流れた後に、排出管８０を介して炉１２の外部に排出される。
【0029】
炉１２内には、基板７０を支持するための基板ステージ１３が設けられている。基板ステージ１３は、炉１２の長手方向に対して基板７０が傾くように構成されている。基板ステージ１３に支持された基板７０は、炉１２内を上流端１２ａから下流端１２ｂに向かって流れるミストが基板７０の表面にあたる向きで支持される。
【0030】
ヒータ１４は、前述したように、炉１２を加熱する。ヒータ１４の具体的な構成は特に限定されない。一例ではあるが、図１に示すヒータ１４は、電気式のヒータであって、炉１２の外周壁に沿って配置されている。これにより、ヒータ１４は炉１２の外周壁を加熱し、それによって炉１２内の基板７０が加熱される。
【0031】
ミスト供給装置２０は、ミスト発生装置２２を有している。ミスト発生装置２２は、水槽２４、溶液貯留槽２６、超音波振動子２８を有している。水槽２４は、上部が解放された容器であり、内部に水５８を貯留している。超音波振動子２８は、水槽２４の底面に設置されている。超音波振動子２８は、水槽２４内の水５８に超音波振動を加える。溶液貯留槽２６は、密閉型の容器である。溶液貯留槽２６は、基板７０の表面にエピタキシャル成長させる膜の原料を含む溶液６０を貯留している。また、溶液６０中に、成長させる膜にｎ型またはｐ型のドーパントを付与するための原料（例えば、フッ化アンモニウム等）がさらに溶解していてもよい。溶液貯留槽２６の底部は、水槽２４内の水５８に浸漬されている。溶液貯留槽２６の底面は、フィルムにより構成されている。これによって、水槽２４内の水５８から溶液貯留槽２６内の溶液６０に超音波振動が伝わり易くなっている。超音波振動子２８が水槽２４内の水５８に超音波振動を加えると、水５８を介して溶液６０に超音波振動が伝わる。すると、溶液６０の表面が振動して、溶液６０の上部の空間（すなわち、溶液貯留槽２６内の空間）に溶液６０のミスト６２が発生する。
【0032】
ミスト供給装置２０は、ミスト供給路４０と、搬送ガス供給路４２と、希釈ガス供給路４４をさらに備えている。ミスト供給路４０は、溶液貯留槽２６と炉１２との間を接続している。搬送ガス供給路４２は、溶液貯留槽２６に接続されている。希釈ガス供給路４４は、ミスト供給路４０に接続されている。搬送ガス供給路４２は、溶液貯留槽２６へ搬送ガス６４を供給する。希釈ガス供給路４４は、ミスト供給路４０へ希釈ガス６６を供給する。
【0033】
次に、実施例１の製造方法について説明する。実施例１の製造方法では、基板７０として、ε型ガリウム鉄酸化物（ε－ＧａＦｅＯ３）の単結晶により構成された基板を用いる。また、溶液６０として、水に塩化ガリウム（ＧａＣｌ３またはＧａ２Ｃｌ６）が溶解した水溶液（塩化ガリウム水溶液）を用いる。また、搬送ガス６４として窒素ガス（Ｎ２）を用い、希釈ガス６６として窒素ガスを用いる。
【0034】
図１に示すように、まず、炉１２内の基板ステージ１３上に基板７０を設置する。次に、ヒータ１４によって、基板７０を加熱する。ここでは、基板７０の温度を、約７５０℃に制御する。基板７０の温度が安定したら、ミスト供給装置２０を作動させる。すなわち、超音波振動子２８を動作させることによって、溶液貯留槽２６内に溶液６０のミスト６２を生成する。同時に、搬送ガス供給路４２から溶液貯留槽２６内に搬送ガス６４を導入し、希釈ガス供給路４４からミスト供給路４０に希釈ガス６６を導入する。搬送ガス６４は、溶液貯留槽２６を通って、矢印４７に示すようにミスト供給路４０内に流入する。このとき、溶液貯留槽２６内のミスト６２が、搬送ガス６４と共にミスト供給路４０内に流入する。また、希釈ガス６６は、ミスト供給路４０内でミスト６２と混合される。これによって、ミスト６２が希釈化される。ミスト６２は、窒素ガス（すなわち、搬送ガス６４と希釈ガス６６）とともにミスト供給路４０内を下流側に流れ、矢印４８に示すようにミスト供給路４０から炉１２内に流入する。炉１２内では、ミスト６２は、窒素ガスとともに下流端１２ｂ側へ流れ、排出管８０へ排出される。
【0035】
炉１２内を流れるミスト６２の一部は、加熱された基板７０の表面に付着する。すると、ミスト６２（すなわち、溶液６０）が、基板７０上で化学反応を起こす。その結果、基板７０上に酸化ガリウムが成長する。基板７０が直方晶系であるε－ＧａＦｅＯ３により構成されているため、基板７０上に直方晶系であるκ型酸化ガリウム（κ－Ｇａ２Ｏ３）が成長する。基板７０の表面に継続的にミスト６２が供給されるので、図２に示すように基板７０の表面にκ－Ｇａ２Ｏ３によって構成された酸化ガリウム膜７２が成長する。
【0036】
図３は、基板７０と酸化ガリウム膜７２を２θスキャンによってＸ線解析した結果を示している。図３に示すように、酸化ガリウム膜７２からは基板７０（ε－ＧａＦｅＯ３）のピークとκ－Ｇａ２Ｏ３のピークのみが検出された。この結果から、酸化ガリウム膜７２がκ－Ｇａ２Ｏ３により構成されていることが確認された。
【0037】
図４は、酸化ガリウム膜７２をφスキャンによってＸ線解析した結果を示している。また、図５は、比較例の酸化ガリウム膜をφスキャンによってＸ線解析した結果を示している。比較例の酸化ガリウム膜は、窒化ガリウム基板（ＧａＮ）上にミストＣＶＤ法によって形成されたものである。比較例の酸化ガリウム膜は、κ－Ｇａ２Ｏ３によって構成されている。図４に示すように、実施例１の製造方法によって形成された酸化ガリウム膜７２では、４つのピークが検出された。これによって、酸化ガリウム膜７２が単結晶であることが確認された。これに対し、図５に示すように、比較例の酸化ガリウム膜では、１２個のピークが検出された。これは、比較例の酸化ガリウム膜が３方向の回転ドメインを有していることを意味する。また、従来は、κ－Ｇａ２Ｏ３を形成しようとすると、ε－Ｇａ２Ｏ３（六方晶系）が混在する場合もあった。このように、従来は、直方晶系であるκ－Ｇａ２Ｏ３の単結晶の膜を形成することが困難であった。これに対し、上記の通り、実施例１の製造方法によれば、κ－Ｇａ２Ｏ３の単結晶の膜を形成することができる。
【0038】
また、図６、酸化ガリウム膜７２を形成する前の基板７０（ε－ＧａＦｅＯ３）の表面を示している。また、図７は、酸化ガリウム膜７２（κ－Ｇａ２Ｏ３）の表面を示している。図６に示す基板７０の表面のＲＭＳ（二乗平均平方根粗さ）は、０．１４ｎｍであった。図７に示す酸化ガリウム膜７２の表面のＲＭＳは、０．１５ｎｍであった。このように、酸化ガリウム膜７２は、平坦性を保ったまま成長していることが確認された。
【0039】
上記のように形成した酸化ガリウム膜７２を用いて、半導体装置を製造することができる。例えば、酸化ガリウム膜７２上に、別の膜をヘテロエピタキシャル成長させて、半導体装置を製造してもよい。このように、κ－Ｇａ２Ｏ３の単結晶によって構成された酸化ガリウム膜７２を用いて半導体装置を製造することで、従来とは異なる特性を有する半導体装置（例えば、パワーデバイス、高周波デバイス等）を得ることができる。
【実施例2】
【0040】
図８は、実施例２の製造方法に使用する成膜装置１００を示している。成膜装置１００では、ミスト供給装置２０の構成が図１の成膜装置１０と異なり、その他の構成（炉１２、ヒータ１４、排出管８０等の構成）は図１の成膜装置と等しい。図８のミスト供給装置２０は、図１のミスト供給装置２０と同様に、ミスト発生装置２２、ミスト供給路４０、搬送ガス供給路４２、及び、希釈ガス供給路４４を有している。さらに、図８のミスト供給装置２０は、ミスト発生装置１２２、ミスト供給路１４０、搬送ガス供給路１４２、希釈ガス供給路１４４、及び、切換弁１５０を有している。ミスト発生装置１２２は、ミスト発生装置２２と同様に動作する。すなわち、超音波振動子１２８が動作することで、水槽１２４内の水１５８を介して溶液貯留槽１２６に超音波振動が伝わり、溶液貯留槽１２６内に溶液１６０のミスト１６２が発生する。ミスト１６２は、搬送ガス１６４と共にミスト供給路１４０に流入する。ミスト供給路１４０内で、希釈ガス１６６によってミスト１６２が希釈される。ミスト１６２は、ミスト供給路１４０内を下流側へ流れる。ミスト供給路１４０とミスト供給路４０は、下流部で合流している。切換弁１５０は、ミスト供給路４０とミスト供給路１４０を開閉する。切換弁１５０は、ミスト供給路４０から炉１２にミスト６２が流れる状態と、ミスト供給路１４０から炉１２にミスト１６２が流れる状態とを切り換える。
【0041】
実施例２の製造方法では、基板７０として、ε型ガリウム鉄酸化物（ε－ＧａＦｅＯ３）の単結晶により構成された基板を用いる。また、溶液６０として、ガリウムアセチルアセトナート水溶液を用いる。また、溶液１６０として、アルミニウムアセチルアセトナート水溶液とガリウムアセチルアセトナート水溶液の混合液を用いる。また、搬送ガス６４、１６４として窒素ガスを用い、希釈ガス６６、１６６として窒素ガスを用いる。
【0042】
実施例２の製造方法では、炉１２内の基板ステージ１３上に基板７０を設置し、基板７０を加熱する。次に、切換弁１５０によって、ミスト供給路４０を開くとともにミスト供給路１４０を閉じた状態とする。この状態で、ミスト発生装置２２を作動させ、炉１２内に溶液６０（ガリウムアセチルアセトナート水溶液）のミスト６２を供給する。すると、実施例１と略同様にして、基板７０上にκ－Ｇａ２Ｏ３の単結晶によって構成された酸化ガリウム膜７２が成長する。
【0043】
次に、切換弁１５０によって、ミスト供給路４０を閉じるともにミスト供給路１４０を開いた状態とする。さらに、ミスト発生装置１２２を作動させて、炉１２内に溶液１６０（アルミニウムアセチルアセトナート水溶液とガリウムアセチルアセトナート水溶液の混合液）のミスト１６２を供給する。すると、ミスト１６２（すなわち、溶液１６０）が、酸化ガリウム膜７２上で化学反応を起こす。その結果、酸化ガリウム膜７２上に、直方晶系であるκ型のアルミニウムガリウム酸化物（κ－ＡｌｖＧａｗＯ３（０≦ｖ≦２、０≦ｗ≦２、１．９≦ｖ＋ｗ≦２．１））が成長する。継続的にミスト１６２が供給されるので、図９に示すように酸化ガリウム膜７２の表面にκ－ＡｌｖＧａｗＯ３の単結晶よって構成されたアルミニウムガリウム酸化物膜７４が成長する。酸化ガリウム膜７２とアルミニウムガリウム酸化物膜７４がともにκ型であるとともに直方晶系であるので、結晶欠陥が少ない高品質のアルミニウムガリウム酸化物膜７４が形成される。特に、図７に示すように酸化ガリウム膜７２の表面が平坦であるので、その上部に結晶性が高いアルミニウムガリウム酸化物膜７４を成長させることができる。酸化ガリウム膜７２とアルミニウムガリウム酸化物膜７４の界面７５は、格子整合性が高い高品質のヘテロ界面となる。
【0044】
上記のように形成した酸化ガリウム膜７２とアルミニウムガリウム酸化物膜７４を用いて、半導体装置（例えば、パワーデバイス、高周波デバイス等）を製造することができる。界面７５は格子整合性が高いヘテロ界面であるので、界面７５には２次元電子ガスが生じる。したがって、２次元電子ガスを利用した半導体装置を製造してもよい。例えば、図１０に示すように、ヘテロ界面７５と導通するようにソース電極９０とドレイン電極９２を設け、アルミニウムガリウム酸化物膜７４上にゲート電極９４を設けることで、ＨＥＭＴ（high electron mobility transistor：高電子移動度トランジスタ）を製造してもよい。また、別の例では、ＨＢＴ（heterjunction bipolar transistor：ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）を製造してもよい。
【実施例3】
【0045】
実施例３の製造方法では、実施例２の製造方法と同様に、図８の成膜装置１００を使用する。実施例３の製造方法では、基板７０として、ε型ガリウム鉄酸化物（ε－ＧａＦｅＯ３）の単結晶により構成された基板を用いる。また、溶液６０として、塩化ガリウム水溶液と塩化インジウム水溶液の混合溶液を用いる。また、溶液１６０として、塩化ガリウム水溶液を用いる。また、搬送ガス６４、１６４として窒素ガスを用い、希釈ガス６６、１６６として窒素ガスを用いる。
【0046】
実施例３の製造方法では、炉１２内の基板ステージ１３上に基板７０を設置し、基板７０を加熱する。次に、切換弁１５０によって、ミスト供給路４０を開くとともにミスト供給路１４０を閉じた状態とする。この状態で、ミスト発生装置２２を作動させて、炉１２内に溶液６０（塩化ガリウム水溶液と塩化インジウム水溶液の混合溶液）のミスト６２を供給する。すると、ミスト６２（すなわち、溶液６０）が、基板７０上で化学反応を起こす。その結果、基板７０上に、直方晶系であるκ型のインジウムガリウム酸化物（κ－ＩｎａＧａｃＯ３（０≦ａ≦２、０≦ｃ≦２、１．９≦ａ＋ｃ≦２．１））が生成される。継続的にミスト６２が供給されるので、図１１に示すように基板７０の表面にκ－ＩｎａＧａｃＯ３の単結晶よって構成されたインジウムガリウム酸化物膜７６が成長する。基板７０とインジウムガリウム酸化物膜７６がともに直方晶系であるので、結晶欠陥が少ない高品質のインジウムガリウム酸化物膜７６が形成される。
【0047】
次に、切換弁１５０によって、ミスト供給路４０を閉じるともにミスト供給路１４０を開いた状態とする。さらに、ミスト発生装置１２２を作動させて、炉１２内に溶液１６０（塩化ガリウム水溶液）のミスト１６２を供給する。すると、ミスト１６２（すなわち、溶液１６０）が、インジウムガリウム酸化物膜７６上で化学反応を起こす。その結果、インジウムガリウム酸化物膜７６上に、直方晶系であるκ型の酸化ガリウム（κ－Ｇａ２Ｏ３）が生成される。継続的にミスト１６２が供給されるので、図１２に示すようにインジウムガリウム酸化物膜７６の表面にκ‐Ｇａ２Ｏ３の単結晶よって構成された酸化ガリウム膜７８が成長する。インジウムガリウム酸化物膜７６と酸化ガリウム膜７８がともにκ型であるとともに直方晶系であるので、結晶欠陥が少ない高品質の酸化ガリウム膜７８が形成される。インジウムガリウム酸化物膜７６と酸化ガリウム膜７８の界面７９は、格子整合性が高い高品質のヘテロ界面となる。
【0048】
上記のように形成したインジウムガリウム酸化物膜７６と酸化ガリウム膜７８を用いて、半導体装置（例えば、パワーデバイス、高周波デバイス等）を製造することができる。界面７９は格子整合性が高いヘテロ界面であるので、界面７９には２次元電子ガスが生じる。したがって、２次元電子ガスを利用した半導体装置を製造してもよい。例えば、図１３に示すように、ヘテロ界面７９と導通するようにソース電極９５とドレイン電極９６を設け、酸化ガリウム膜７８上にゲート電極９７を設けることで、ＨＥＭＴを製造してもよい。また、別の例では、ＨＢＴ（heterojunction bipolar transistor：ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）を製造してもよい。
【0049】
なお、上述した実施例１～３では、基板７０がε－ＧａＦｅＯ３により構成されていた。しかしながら、基板７０をＧａ２－ｘＦｅｘＯ３（０＜ｘ＜２）により構成し、ｘの値を適宜変更することができる。ｘの値を変更することで、基板７０とその上に形成される膜との界面に生じる応力を緩和したり、当該界面における膜の密着力を改善できる場合がある。また、上述した実施例１～３では、基板７０がＧａ２－ｘＦｅｘＯ３により構成されていたが、Ｇａ２－ｘＦｅｘＯ３をバッファ層に用いてもよい。すなわち、別の材料により構成された基板の表面にバッファ層としてＧａ２－ｘＦｅｘＯ３の層を形成し、そのバッファ層上に直方晶系の半導体層を成長させてもよい。Ｇａ２－ｘＦｅｘＯ３をバッファ層として用いる場合には、ｘの値を変更しながらＧａ２－ｘＦｅｘＯ３を超格子状に積層させてもよい。
【0050】
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
【符号の説明】
【0051】
７０ ：基板
７２ ：酸化ガリウム膜
７４ ：アルミニウムガリウム酸化物膜
７５ ：ヘテロ界面
７２ ：酸化ガリウム膜
７４ ：アルミニウムガリウム酸化物膜
７５ ：ヘテロ界面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】