系晶体膜的成膜方法和晶体层叠结构体的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及Ga2O3系晶体膜的成膜方法和晶体层叠结构体。
【背景技术】
[0002]以往，已知在Ga2O3系基板上使Ga2O3系晶体膜外延生长的技术(例如，参照专利文献I)。
[0003]根据专利文献1，在主面的面方位为(001)的Ga2O3系基板上以生长温度700°C使Ga2O3系晶体膜生长的情况下，Ga2O3系晶体膜的生长速度大致为90nm/h。另外，在主面的面方位为(010)的Ga2O3系基板上以生长温度700°C使Ga2O3系晶体膜生长的情况下，Ga2O3系晶体膜的生长速度大致为130nm/h。
_4] 现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:国际公开第2013/035464号
【发明内容】
_7] 发明要解决的问题
[0008]Ga2O3系晶体I旲的生长速度在考虑Ga 203系晶体I旲的量广性的情况下是越尚越好，最低也要求0.1 μ m/h程度的速度。另一方面，即使Ga2O3系晶体膜的生长速度高，若晶体品质、表面的平坦性不充分，则也不堪实用。
[0009]因此，本发明的目的之一在于，提供能在量产时以足够的生长速度形成晶体品质、表面的平坦性优异的Ga2O3系晶体膜的Ga 203系晶体膜的成膜方法和包括通过该成膜方法形成的Ga2O3系晶体膜的晶体层叠结构体。
_0] 用于解决问题的方案
[0011]为了达到上述目的，本发明的一方面提供下述[I]?[3]的Ga2O3系晶体膜的成膜方法。
[0012][I] 一种Ga2O3系晶体膜的成膜方法，在Ga2O3系基板的面方位为(001)的主面上以750°C以上的生长温度使Ga2O3系晶体膜外延生长。
[0013][2]根据上述[I]所述的Ga2O3系晶体膜的成膜方法，其中，上述Ga2O3系晶体膜的主面具有RMS值为Inm以下的平坦性。
[0014][3]根据上述[I]或[2]所述的Ga2O3系晶体膜的成膜方法，其中，上述Ga2O3系晶体膜为Ga2O3晶体膜。
[0015]另外，为了达到上述目的，本发明的另一方面提供下述[4]、[5]的晶体层叠结构体。
[0016][4] 一种晶体层叠结构体，其包括:Ga203系基板，其主面的面方位为(001);以及Ga2O3系晶体膜，其在上述Ga2O3系基板的上述主面上通过外延晶体生长而形成，其主面具有RMS值为Inm以下的平坦性。
[0017][5]根据上述[4]所述的晶体层叠结构体，其中，上述Ga2O3系晶体膜为Ga2O3晶体膜。
_8] 发明效果
[0019]根据本发明，能够提供能在量产时以足够的生长速度形成晶体品质、表面的平坦性优异的Ga2O3系晶体膜的Ga 203系晶体膜的成膜方法和包括通过该成膜方法形成的Ga 203系晶体膜的晶体层叠结构体。
【附图说明】
[0020]图1是第I实施方式所涉及的晶体层叠结构体的垂直剖面图。
[0021]图2(a)、图2(b)是示出分别在主面的面方位为(010)、(-201)的Ga2O3基板的主面上使Ga2O3晶体膜外延生长时的Ga 203晶体膜的生长温度与主面的平坦性的关系的坐标图。
[0022]图3(a)、图3(b)是示出分别在主面的面方位为(101)、(001)的Ga2O3基板的主面上使Ga2O3晶体膜外延生长时的Ga 203晶体膜的生长温度与主面的平坦性的关系的坐标图。
[0023]图4是示出在面方位为(001)的Ga2O3基板的主面上使Ga 203晶体膜外延生长时的Ga2O3晶体膜的生长温度与生长速度的关系的坐标图。
[0024]图5是示出在主面的面方位为(001)的Ga2O3基板的主面上使Ga 203晶体膜外延生长而形成的晶体层叠结构体的通过X射线摇摆曲线测定而得到的X射线衍射光谱的坐标图。
[0025]图6是示出在主面的面方位为(001)的Ga2O3基板的主面上使Ga2O3晶体膜外延生长而形成的晶体层叠结构体的通过2 θ -ω扫描而得到的X射线衍射光谱的坐标图。
[0026]图7是第2实施方式所涉及的高电子迀移率晶体管的垂直剖面图。
[0027]图8是第3实施方式所涉及的MESFET的垂直剖面图。
[0028]图9是第4实施方式所涉及的肖特基势皇二极管的垂直剖面图。
[0029]图10是第5实施方式所涉及的MOSFET的垂直剖面图。
[0030]附图标记说曰月
[0031]I...晶体层叠结构体，1-Ga2O3系基板，11...主面，12-Ga 203系晶体膜
【具体实施方式】
[0032]〔第I实施方式〕
[0033](晶体层叠结构体的构成)
[0034]图1是第I实施方式所涉及的晶体层叠结构体的垂直剖面图。晶体层叠结构体I具有Ga2O3系基板10和在Ga2O3系基板10上通过外延晶体生长而形成的Ga2O3系晶体I旲12。
[0035]Ga2O3系基板10是包含Ga 203系单晶体的基板。在此，所谓Ga 203系单晶体，是指Ga2O3单晶体或者添加了 Al、In等元素的Ga2O3单晶体。例如，也可以是作为添加了 Al和In的 Ga2O3单晶体的(GaxAlyIn(1_x_y))203(0〈x ( 1,0 ( y〈l，0〈x+y ( I)单晶体。在添加了 Al的情况下，带隙会变宽，在添加了 In的情况下，带隙会变窄。此外，上述的Ga2O3单晶体例如具有β型的晶体结构。另外，Ga2O3系基板10也可以含有Si等导电型杂质。
[0036]Ga2O3系基板10的主面11的面方位为(001)。
[0037]Ga2O3系基板 10 例如是将通过 FZ (Floating Zone:浮区)法、EFG (Edge DefinedFilm Fed Growth:限边馈膜生长)法等熔体生长法生成的Ga2O3系单晶体的块状晶体切成片并对表面进行研磨从而形成的。
[0038]Ga2O3系晶体膜12与Ga 203系基板10同样地包含Ga 203系单晶体。另外，Ga 203系晶体膜12是在Ga2O3系基板10的主面11上通过外延晶体生长而形成的，因此，Ga2O3系晶体膜12的主面13的面方位与Ga2O3系基板10的主面11相同，为(001)。另外，Ga2O3系晶体膜12也可以含有Si等导电型杂质。
[0039]Ga2O3系晶体膜12例如是通过MBE (Molecular Beam Epitaxy:分子束外延)法等物理气相生长法、CVD (Chemical Vapor Deposit1n:化学气相沉积)法等化学气相生长法形成的。
[0040]Ga2O3系晶体膜12是以750°C以上的生长温度通过外延生长形成的。通过使生长温度为750°C以上，Ga2O3系晶体膜12的主面13的平坦性会变高。具体地说，主面13的RMS值为Inm以下。
[0041]在此，RMS值是作为平坦性的指标的数值，通过以下方式得到:利用原子力显微镜测定表示Ga2O3晶体膜的主面的铅垂方向的高度和水平方向的位置的关系的曲线，求出对从其平均线至曲线为止的偏差的平方进行平均而得到的值的平方根。
[0042]若RMS值较大，则例如在使用晶体层叠结构体I制造肖特基二极管、MESFET (Metal-Semiconductor Field Effect Transistor:金属-半导体场效应晶体管)的情况下，有可能在形成于Ga2O3系晶体膜12上的肖特基电极中发生电场集中，引起元件耐压的下降。这是由电场集中到由Ga2O3系晶体膜12的主面13的凹凸形成的肖特基电极的底面的凹凸的凸部所致。作为用于抑制该电场集中的肖特基电极的底面的表面粗糙度的条件，已知RMS值为Inm以下。即，若Ga2O3系晶体膜12的主面13的RMS值为Inm以下，则能够抑制肖特基电极中的电场集中。
[0043]另外，通过使生长温度为750°C以上，能得到晶体品质高的Ga2O3系晶体膜12。此夕卜，若生长温度超过900°C，则所供应的Ga的再蒸发会急激增加，与生长温度为600°C时相比，生长速度下降至1/10以下。这样，从原料使用效率这方面出发，优选生长温度较低。因此，优选Ga2O3系晶体膜12的生长温度为900°C以下。
[0044]Ga2O3系晶体膜12的晶体品质和主面的平坦性优异，因此，在Ga 203系晶体膜12上能够形成高品质的金属一半导体界面和绝缘膜一半导体界面。因此，能够将晶体层叠结构体I用于高品质的半导体装置的制造。
[0045](Ga2O3系晶体膜的评价)
[004