β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法及び結晶積層構造体
【課題】ホモエピタキシャル成長法を用いて伝導特性に優れたβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜を形成することができるβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜の製造方法、及びその方法により形成されたβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜を含む結晶積層構造体を提供する。
【解決手段】分子線エピタキシー法により、β−Ｇａ２Ｏ３結晶をβ−Ｇａ２Ｏ３基板２上、又はβ−Ｇａ２Ｏ３基板２上に形成されたβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶層上にホモエピタキシャル成長させ、成長の間にβ−Ｇａ２Ｏ３結晶に一定周期で間欠的にＳｎを添加する工程を含む方法により、Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３を製造する。
【解決手段】分子線エピタキシー法により、β−Ｇａ２Ｏ３結晶をβ−Ｇａ２Ｏ３基板２上、又はβ−Ｇａ２Ｏ３基板２上に形成されたβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶層上にホモエピタキシャル成長させ、成長の間にβ−Ｇａ２Ｏ３結晶に一定周期で間欠的にＳｎを添加する工程を含む方法により、Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３を製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法及び結晶積層構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＧａ２Ｏ３単結晶膜の形成方法として、サファイア基板上にＳｎを添加しながらβ−Ｇａ２Ｏ３結晶をヘテロエピタキシャル成長させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の方法によれば、ＳｎのドーピングによりＧａ２Ｏ３単結晶膜に伝導性を与えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０８３３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のＳｎを添加する方法により、Ｓｎの原料として単体のＳｎを用いてβ−Ｇａ２Ｏ３基板上にβ−Ｇａ２Ｏ３結晶をホモエピタキシャル成長させる場合、０〜１×１０２１／ｃｍ３の範囲内のＳｎの濃度によらずＧａ２Ｏ３単結晶膜は良好な伝導性を示さない。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、ホモエピタキシャル成長法を用いて伝導特性に優れたβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜を形成することができるβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法、及びその方法により形成されたβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜を含む結晶積層構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、上記目的を達成するために、［１］〜［６］のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法、及び［７］〜［９］の結晶積層構造体を提供する。
【０００８】
［１］分子線エピタキシー法により、β−Ｇａ２Ｏ３結晶をβ−Ｇａ２Ｏ３基板上、又は前記β−Ｇａ２Ｏ３基板上に形成されたβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶層上にホモエピタキシャル成長させ、前記成長の間に前記β−Ｇａ２Ｏ３結晶に一定周期で間欠的にＳｎを添加する工程を含むβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法。
【０００９】
［２］前記Ｓｎの原料として単体のＳｎが用いられる、前記［１］に記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法。
【００１０】
［３］前記Ｓｎは一定濃度で間欠的に前記β−Ｇａ２Ｏ３結晶に添加される、前記［１］又は［２］に記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法。
【００１１】
［４］前記β−Ｇａ２Ｏ３結晶を酸素系ガス雰囲気中でホモエピタキシャル成長させる、前記［１］〜［３］のいずれか１つに記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法。
【００１２】
［５］前記β−Ｇａ２Ｏ３結晶の１回の前記Ｓｎを添加する時間に成長する層の厚さは１ｎｍ以下であり、前記β−Ｇａ２Ｏ３結晶の１回の前記Ｓｎを添加しない時間に成長する層の厚さは２０ｎｍ以下である、前記［１］〜［４］のいずれか１つに記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法。
【００１３】
［６］前記Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３結晶膜中の平均Ｓｎ濃度は１×１０１５〜１×１０２１／ｃｍ３である、前記［１］〜［５］のいずれか１つに記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法。
【００１４】
［７］β−Ｇａ２Ｏ３基板と、前記β−Ｇａ２Ｏ３基板上に直接、又はβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶層を介して形成されたＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶層膜と、を含み、前記Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶層膜は、第１の層と、前記第１の層よりもＳｎの平均濃度が高い第２の層とが交互に周期的に積層された構造を有する、結晶積層構造体。
【００１５】
［８］前記Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３結晶膜中の平均Ｓｎ濃度は１×１０１５〜１×１０２１／ｃｍ３である、前記［７］に記載の結晶積層構造体。
【００１６】
［９］前記第１の層の厚さは３〜２０ｎｍであり、前記第２の層の厚さは０．２〜１ｎｍである、前記［７］又は［８］に記載の結晶積層構造体。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ホモエピタキシャル成長法を用いて伝導特性に優れたβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜を形成することができるβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法、及びその方法により形成されたβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜を含む結晶積層構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係るＭＢＥ装置の構成を概略的に示す構成図
【図２】（ａ）本実施の形態に係るβ−Ｇａ２Ｏ３基板及びＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜の断面図、（ｂ）本実施の形態に係るβ−Ｇａ２Ｏ３基板、β−Ｇａ２Ｏ３系結晶層、及びＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜の断面図
【図３】アニール処理前とアニール処理後のＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜の電気伝導性の変化を表すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔実施の形態〕
本実施の形態によれば、ホモエピタキシャル成長法を用いて高品質なβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜を形成することができる。本発明者等は、Ｓｎを間欠的に添加しながらβ−Ｇａ２Ｏ３結晶をホモエピタキシャル成長させることにより、β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜に電気伝導性を付与できることを見出した。以下、その実施の形態の一例について詳細に説明する。
【００２０】
β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法としては、ＰＬＤ（Pulsed Laser Deposition）法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタリング法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ；Molecular Beam Epitaxy）法等があるが、本実施の形態では、ＭＢＥ法を用いた薄膜成長法を採用する。ＭＢＥ法は、単体あるいは化合物の固体をセルと呼ばれる蒸発源で加熱し、加熱により生成された蒸気を分子線として基板表面に供給する結晶成長方法である。
【００２１】
図１は、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の形成に用いられるＭＢＥ装置の一例を示す構成図である。このＭＢＥ装置１は、真空槽１０と、この真空槽１０内に支持され、β−Ｇａ２Ｏ３基板２を保持する基板ホルダ１１と、基板ホルダ１１に保持されたβ−Ｇａ２Ｏ３基板２を加熱するための加熱装置１２と、薄膜を構成する原子又は分子ごとに設けられた複数のセル１３（１３ａ，１３ｂ）と、複数のセル１３を加熱するためのヒータ１４（１４ａ，１４ｂ）と、真空槽１０内にオゾン（Ｏ３）及び酸素（Ｏ２）を含むガス（以下、「オゾン混合酸素ガス」という）等の酸素系ガスを供給するガス供給パイプ１５と、真空槽１０内の空気を排出するための真空ポンプ１６とを備えている。基板ホルダ１１は、シャフト１１０を介して図示しないモータにより回転可能に構成されている。
【００２２】
第１のセル１３ａには、Ｇａ粉末等のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜のＧａ原料が充填されている。この粉末のＧａの純度は、６Ｎ以上であることが望ましい。第２のセル１３ｂには、ドナーとしてドーピングされるＳｎの原料としてＳｎ粉末等の単体のＳｎ材料が充填されている。第１のセル１３ａ及び第２のセル１３ｂの開口部にはシャッターが設けられている。
【００２３】
基板ホルダ１１には、予め作製されたβ−Ｇａ２Ｏ３基板２が取り付けられ、このβ−Ｇａ２Ｏ３基板２上にβ−Ｇａ２Ｏ３結晶をＳｎを間欠的に添加しつつホモエピタキシャル成長させることにより、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜を形成する。
【００２４】
このβ−Ｇａ２Ｏ３基板２は、例えば次のような手順で作製する。まず、ＥＦＧ（Edge-defined Film-fed Growth）法によって製造されたバルク状のβ−Ｇａ２Ｏ３を所望の面方位、寸法に切り出し、その表面に機械的研磨又は化学的研磨を施す。その後、メタノール、アセトン、メタノールの順で２分間ずつの有機洗浄を行い、さらに超純水を用いた流水洗浄を行う。次に、１５分間のフッ酸浸漬洗浄後、超純水を用いた流水洗浄を行い、さらに５分間の硫酸過水浸漬洗浄を行った後、再度超純水を用いた流水洗浄を行う。最後に、６００℃で１０分間のサーマルクリーニングを行う。
【００２５】
（β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法）
次に、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法について説明する。まず、上記の手順によって作製されたβ−Ｇａ２Ｏ３基板２をＭＢＥ装置１の基板ホルダ１１に取り付ける。次に、真空ポンプ１６を作動させ、真空槽１０内の気圧を１０−１０Ｔｏｒｒ程度まで減圧する。そして、加熱装置１２によってβ−Ｇａ２Ｏ３基板２を加熱する。なお、β−Ｇａ２Ｏ３基板２の加熱は、加熱装置１２の黒鉛ヒータ等の発熱源の輻射熱が基板ホルダ１１を介してβ−Ｇａ２Ｏ３基板２に熱伝導することにより行われる。
【００２６】
β−Ｇａ２Ｏ３基板２が所定の温度に加熱された後、ガス供給パイプ１５から真空槽１０内に、酸素系ガスとして、例えば、図示しないオゾン発生器によって生成したオゾン混合酸素ガスを供給する。
【００２７】
真空槽１０内にオゾン混合酸素ガス等の酸素系ガスを供給した後、真空槽１０内のガス圧が安定するのに必要な時間（例えば５分間）経過後、基板ホルダ１１を回転させながら第１のセル１３ａの第１のヒータ１４ａ及び第２のセル１３ｂの第２のヒータ１４ｂを加熱し、Ｇａ及びＳｎを蒸発させて分子線としてβ−Ｇａ２Ｏ３基板２の表面に照射する。
【００２８】
例えば、第１のセル１３ａは９００℃に加熱され、Ｇａ蒸気のビーム等価圧力(ＢＥＰ；Beam Equivalent Pressure)は１×１０−４Ｐａである。また、Ｓｎ蒸気のビーム等価圧力は、任意の濃度のＳｎをβ−Ｇａ２Ｏ３結晶に添加するため、第１のセル１３ａの温度により制御される。
【００２９】
これにより、β−Ｇａ２Ｏ３基板２の主面上にβ−Ｇａ２Ｏ３結晶がＳｎを添加されながらホモエピタキシャル成長し、ｎ型のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜であるＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜が形成される。β−Ｇａ２Ｏ３結晶の成長温度は、例えば、７００℃である。
【００３０】
ここで、第２のセル１３ｂのシャッターを操作することにより、Ｓｎ蒸気を第２のセル１３ｂから間欠的に発生させ、Ｓｎを一定周期で間欠的にβ−Ｇａ２Ｏ３結晶に添加する。すなわち、β−Ｇａ２Ｏ３結晶が成長する間にβ−Ｇａ２Ｏ３結晶にＳｎが一定周期で間欠的に添加される。Ｓｎの添加は、間欠的に２回以上実施される。これにより、Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜中に、Ｓｎを添加する時間に成長した層とＳｎを添加しない時間に成長した層とが、交互に周期的に積層される。
【００３１】
また、Ｓｎの添加は、例えば、一定濃度で間欠的に行われる。この場合、Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜中のＳｎを添加する時間に成長した複数の層のＳｎ濃度はほぼ一定になる。
【００３２】
酸素系ガスとしてオゾン混合酸素ガスを用いる場合、オゾンガス雰囲気中でβ−Ｇａ２Ｏ３結晶を成長させることにより、酸素欠損の少ない高品質のβ−Ｇａ２Ｏ３結晶が得られる。オゾン混合酸素ガスのオゾン混合率は、例えば、５質量％である。また、オゾン混合酸素ガスのオゾン分圧は、５×１０−５Ｐａ以上であり、例えば２×１０−４Ｐａである。
【００３３】
なお、Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜は、β−Ｇａ２Ｏ３基板２上にβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶層を介して形成されてもよい。この場合、β−Ｇａ２Ｏ３基板２上にβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶をホモエピタキシャル成長させることによりβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶層を形成し、続いてβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶層上にＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜を上記のＭＢＥ法により形成する。ここで、β−Ｇａ２Ｏ３系結晶とは、β−Ｇａ２Ｏ３単結晶、及びＡｌ、Ｉｎ等が添加されたβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶、例えば（ＧａｘＡｌｙＩｎ（１−ｘ−ｙ））２Ｏ３（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）単結晶をいう。
【００３４】
図２（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態に係るＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３の断面図である。図２（ａ）のＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３は、β−Ｇａ２Ｏ３基板２の主面２ａ上に上記のＭＢＥ法によって形成される。図２（ｂ）のＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３は、β−Ｇａ２Ｏ３基板２の主面２ａ上に形成されたβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶層６上に上記のＭＢＥ法によって形成される。
【００３５】
Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３は、成膜時に間欠的にＳｎが添加されるため、Ｓｎを添加しない時間に成長した第１の層４（４ａ、４ｂ、４ｃ）と、Ｓｎを添加する時間に成長した第２の層５（５ａ、５ｂ、５ｃ）を有する。Ｓｎは周期的に添加されるため、第１の層４及び第２の層５は、各々一定の厚さを有し、交互に周期的に積層される。また、Ｓｎが一定濃度で添加される場合は、第２の層５のＳｎ濃度はほぼ一定になる。
【００３６】
第２の層５のＳｎ濃度は、成膜時の第１のセル１３ａの温度により制御することができる。第１の層４は、理想的にはＳｎを含まず、第２の層５から拡散した微量のＳｎを含むのみである。そのため、第１の層４のＳｎの平均濃度は、第２の層５のＳｎの平均濃度よりも低い。Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３中のＳｎの平均濃度は、例えば、１×１０１５〜１×１０２１／ｃｍ３である。
【００３７】
例えば、第１の層４ａ、４ｂ、４ｃの厚さは３〜２０ｎｍ、第２の層５ａ、５ｂ、５ｃの厚さは０．２〜１ｎｍである。第１の層４ａ、４ｂ、４ｃの厚さが２０ｎｍよりも大きい場合は、第２の層５ａ、５ｂ、５ｃの間隔が大きすぎてＳｎ添加の効果が薄くなるおそれがある。一方、第２の層５ａ、５ｂ、５ｃの厚さが１ｎｍよりも大きい場合は、第２の層５ａ、５ｂ、５ｃから第１の層４ａ、４ｂ、４ｃへのＳｎの拡散量が多すぎて間欠的なＳｎ添加の効果が薄くなるおそれがある。
【００３８】
なお、Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３の最下層（β−Ｇａ２Ｏ３基板２の主面２ａに接する層）は、第１の層４であっても第２の層５であってもよい。また、第１の層４及び第２の層５の層数は限定されない。
【００３９】
なお、β−Ｇａ２Ｏ３結晶をβ−Ｇａ２Ｏ３基板２上又はβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶層６上にホモエピタキシャル成長させる間、Ｓｎを間欠的でなく連続して添加した場合、Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜は本実施の形態の第２の層５に相当する層のみで構成される。しかし、このようなＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜は良好な電気伝導性を有さない。Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３は、第１の層４と第２の層５の両方を有するため、良好な電気伝導性を有する。
【００４０】
また、ホモエピタキシャル成長後のアニール処理を実施しなくても、Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３は良好な電気伝導性を有する。アニール処理を実施すると、エピタキシャル成長させたβ−Ｇａ２Ｏ３結晶の表面に凹凸が生じ、結晶と結晶上に形成される電極や絶縁膜との界面における電気特性が悪化するおそれがある。
【００４１】
図３は、アニール処理前とアニール処理後のＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３の電気伝導性の変化を表すグラフである。図３の縦軸は、Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３の単位立方センチ当たりのドナー密度とアクセプタ密度の差（Ｎｄ−Ｎａ）、すなわちｎ型半導体であるＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３の電気伝導性の高さを相対的に表す。図３の横軸は、Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３の単位立方センチ当たりのＳｎ濃度を表す。アニール処理は、窒素雰囲気中で１０００℃、３０分の条件下で実施された。
【００４２】
図３中の◇はアニール前のＮｄ−Ｎａの値を示し、●はアニール後のＮｄ−Ｎａの値を示す。図３の左側の◇及び●は、第１の層４と第２の層５の厚さがそれぞれ９ｎｍ、１ｎｍで、第１の層４と第２の層５が各々３６層形成され、第２の層５中のＳｎ濃度が５×１０１７／ｃｍ３であり、Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３中の平均Ｓｎ濃度が５×１０１６／ｃｍ３であるＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３（第１結晶膜とする）の測定値を示す。図３の右側の◇及び●は、第１の層４と第２の層５の厚さがそれぞれ２０ｎｍ、０．２ｎｍで、第１の層４と第２の層５が各々１８層形成され、第２の層５中のＳｎ濃度が５×１０１９／ｃｍ３であり、Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３中の平均Ｓｎ濃度が５×１０１７／ｃｍ３であるＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３（第２結晶膜とする）の測定値を示す。なお、図３の横軸のＳｎ濃度は、Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３の平均Ｓｎ濃度を表す。
【００４３】
図３は、第１結晶膜と第２結晶膜のいずれも、アニール処理前とアニール処理後の電気伝導性に差がなく、アニール処理を実施しなくても良好な電気伝導性が得られることを示している。
【００４４】
また、第１の層４と第２の層５の厚さがそれぞれ３ｎｍ、１ｎｍで、第１の層４と第２の層５が各々１２０層形成されたＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３、及び第１の層４と第２の層５の厚さがそれぞれ２０ｎｍ、０．４ｎｍで、第１の層４と第２の層５が各々３６層形成されたＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３も、アニール処理前とアニール処理後の電気伝導性に差がなく、アニール処理を実施しなくても良好な電気伝導性が得られることが確認されている。特に、第１の層４と第２の層５の厚さがそれぞれ２０ｎｍ、０．４ｎｍで、第１の層４と第２の層５が各々３６層形成されたＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３は、Ｎｄ−Ｎａが１×１０２０／ｃｍ３という高い電気伝導性を有することが確認されている。
【００４５】
また、本実施の形態によれば、Ｓｎの原料として単体のＳｎが用いられるが、ＳｎＯ２等のＳｎ化合物を用いてもよい。
【００４６】
（実施の形態の効果）
β−Ｇａ２Ｏ３は４．８〜５．０ｅＶという大きなバンドギャップを持っており、その絶縁破壊電界強度も非常に大きいと予想される。Ｇａ２Ｏ３パワーデバイスが実現されれば、ＳｉＣやＧａＮを用いたデバイスを超える高効率パワーデバイスが実現されることとなり、我が国の将来の省エネルギー化へ大きく貢献すると期待されている。β−Ｇａ２Ｏ３を用いて高性能デバイスを作製する場合、β−Ｇａ２Ｏ３基板上にホモエピタキシャル成長させた高品質単結晶膜が非常に有用である。
【００４７】
本実施の形態によれば、ホモエピタキシャル成長法により、伝導特性に優れた高品質のβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜を形成することができる。また、結晶成長後のアニール処理を必要としないため、結晶表面の凹凸の発生を抑え、かつ製造コストを下げることができる。
【００４８】
また、本実施の形態によれば、単体のＳｎを添加するＳｎの原料として用いて、伝導特性に優れた高品質のβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜を形成することができる。
【００４９】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【００５０】
１…ＭＢＥ装置、２…β−Ｇａ２Ｏ３基板、３…Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜、４（４ａ、４ｂ、４ｃ）…第１の層、５（５ａ、５ｂ、５ｃ）…第２の層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法及び結晶積層構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＧａ２Ｏ３単結晶膜の形成方法として、サファイア基板上にＳｎを添加しながらβ−Ｇａ２Ｏ３結晶をヘテロエピタキシャル成長させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の方法によれば、ＳｎのドーピングによりＧａ２Ｏ３単結晶膜に伝導性を与えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０８３３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のＳｎを添加する方法により、Ｓｎの原料として単体のＳｎを用いてβ−Ｇａ２Ｏ３基板上にβ−Ｇａ２Ｏ３結晶をホモエピタキシャル成長させる場合、０〜１×１０２１／ｃｍ３の範囲内のＳｎの濃度によらずＧａ２Ｏ３単結晶膜は良好な伝導性を示さない。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、ホモエピタキシャル成長法を用いて伝導特性に優れたβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜を形成することができるβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法、及びその方法により形成されたβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜を含む結晶積層構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、上記目的を達成するために、［１］〜［６］のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法、及び［７］〜［９］の結晶積層構造体を提供する。
【０００８】
［１］分子線エピタキシー法により、β−Ｇａ２Ｏ３結晶をβ−Ｇａ２Ｏ３基板上、又は前記β−Ｇａ２Ｏ３基板上に形成されたβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶層上にホモエピタキシャル成長させ、前記成長の間に前記β−Ｇａ２Ｏ３結晶に一定周期で間欠的にＳｎを添加する工程を含むβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法。
【０００９】
［２］前記Ｓｎの原料として単体のＳｎが用いられる、前記［１］に記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法。
【００１０】
［３］前記Ｓｎは一定濃度で間欠的に前記β−Ｇａ２Ｏ３結晶に添加される、前記［１］又は［２］に記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法。
【００１１】
［４］前記β−Ｇａ２Ｏ３結晶を酸素系ガス雰囲気中でホモエピタキシャル成長させる、前記［１］〜［３］のいずれか１つに記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法。
【００１２】
［５］前記β−Ｇａ２Ｏ３結晶の１回の前記Ｓｎを添加する時間に成長する層の厚さは１ｎｍ以下であり、前記β−Ｇａ２Ｏ３結晶の１回の前記Ｓｎを添加しない時間に成長する層の厚さは２０ｎｍ以下である、前記［１］〜［４］のいずれか１つに記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法。
【００１３】
［６］前記Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３結晶膜中の平均Ｓｎ濃度は１×１０１５〜１×１０２１／ｃｍ３である、前記［１］〜［５］のいずれか１つに記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法。
【００１４】
［７］β−Ｇａ２Ｏ３基板と、前記β−Ｇａ２Ｏ３基板上に直接、又はβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶層を介して形成されたＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶層膜と、を含み、前記Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶層膜は、第１の層と、前記第１の層よりもＳｎの平均濃度が高い第２の層とが交互に周期的に積層された構造を有する、結晶積層構造体。
【００１５】
［８］前記Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３結晶膜中の平均Ｓｎ濃度は１×１０１５〜１×１０２１／ｃｍ３である、前記［７］に記載の結晶積層構造体。
【００１６】
［９］前記第１の層の厚さは３〜２０ｎｍであり、前記第２の層の厚さは０．２〜１ｎｍである、前記［７］又は［８］に記載の結晶積層構造体。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ホモエピタキシャル成長法を用いて伝導特性に優れたβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜を形成することができるβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法、及びその方法により形成されたβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜を含む結晶積層構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係るＭＢＥ装置の構成を概略的に示す構成図
【図２】（ａ）本実施の形態に係るβ−Ｇａ２Ｏ３基板及びＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜の断面図、（ｂ）本実施の形態に係るβ−Ｇａ２Ｏ３基板、β−Ｇａ２Ｏ３系結晶層、及びＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜の断面図
【図３】アニール処理前とアニール処理後のＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜の電気伝導性の変化を表すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔実施の形態〕
本実施の形態によれば、ホモエピタキシャル成長法を用いて高品質なβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜を形成することができる。本発明者等は、Ｓｎを間欠的に添加しながらβ−Ｇａ２Ｏ３結晶をホモエピタキシャル成長させることにより、β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜に電気伝導性を付与できることを見出した。以下、その実施の形態の一例について詳細に説明する。
【００２０】
β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法としては、ＰＬＤ（Pulsed Laser Deposition）法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタリング法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ；Molecular Beam Epitaxy）法等があるが、本実施の形態では、ＭＢＥ法を用いた薄膜成長法を採用する。ＭＢＥ法は、単体あるいは化合物の固体をセルと呼ばれる蒸発源で加熱し、加熱により生成された蒸気を分子線として基板表面に供給する結晶成長方法である。
【００２１】
図１は、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の形成に用いられるＭＢＥ装置の一例を示す構成図である。このＭＢＥ装置１は、真空槽１０と、この真空槽１０内に支持され、β−Ｇａ２Ｏ３基板２を保持する基板ホルダ１１と、基板ホルダ１１に保持されたβ−Ｇａ２Ｏ３基板２を加熱するための加熱装置１２と、薄膜を構成する原子又は分子ごとに設けられた複数のセル１３（１３ａ，１３ｂ）と、複数のセル１３を加熱するためのヒータ１４（１４ａ，１４ｂ）と、真空槽１０内にオゾン（Ｏ３）及び酸素（Ｏ２）を含むガス（以下、「オゾン混合酸素ガス」という）等の酸素系ガスを供給するガス供給パイプ１５と、真空槽１０内の空気を排出するための真空ポンプ１６とを備えている。基板ホルダ１１は、シャフト１１０を介して図示しないモータにより回転可能に構成されている。
【００２２】
第１のセル１３ａには、Ｇａ粉末等のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜のＧａ原料が充填されている。この粉末のＧａの純度は、６Ｎ以上であることが望ましい。第２のセル１３ｂには、ドナーとしてドーピングされるＳｎの原料としてＳｎ粉末等の単体のＳｎ材料が充填されている。第１のセル１３ａ及び第２のセル１３ｂの開口部にはシャッターが設けられている。
【００２３】
基板ホルダ１１には、予め作製されたβ−Ｇａ２Ｏ３基板２が取り付けられ、このβ−Ｇａ２Ｏ３基板２上にβ−Ｇａ２Ｏ３結晶をＳｎを間欠的に添加しつつホモエピタキシャル成長させることにより、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜を形成する。
【００２４】
このβ−Ｇａ２Ｏ３基板２は、例えば次のような手順で作製する。まず、ＥＦＧ（Edge-defined Film-fed Growth）法によって製造されたバルク状のβ−Ｇａ２Ｏ３を所望の面方位、寸法に切り出し、その表面に機械的研磨又は化学的研磨を施す。その後、メタノール、アセトン、メタノールの順で２分間ずつの有機洗浄を行い、さらに超純水を用いた流水洗浄を行う。次に、１５分間のフッ酸浸漬洗浄後、超純水を用いた流水洗浄を行い、さらに５分間の硫酸過水浸漬洗浄を行った後、再度超純水を用いた流水洗浄を行う。最後に、６００℃で１０分間のサーマルクリーニングを行う。
【００２５】
（β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法）
次に、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法について説明する。まず、上記の手順によって作製されたβ−Ｇａ２Ｏ３基板２をＭＢＥ装置１の基板ホルダ１１に取り付ける。次に、真空ポンプ１６を作動させ、真空槽１０内の気圧を１０−１０Ｔｏｒｒ程度まで減圧する。そして、加熱装置１２によってβ−Ｇａ２Ｏ３基板２を加熱する。なお、β−Ｇａ２Ｏ３基板２の加熱は、加熱装置１２の黒鉛ヒータ等の発熱源の輻射熱が基板ホルダ１１を介してβ−Ｇａ２Ｏ３基板２に熱伝導することにより行われる。
【００２６】
β−Ｇａ２Ｏ３基板２が所定の温度に加熱された後、ガス供給パイプ１５から真空槽１０内に、酸素系ガスとして、例えば、図示しないオゾン発生器によって生成したオゾン混合酸素ガスを供給する。
【００２７】
真空槽１０内にオゾン混合酸素ガス等の酸素系ガスを供給した後、真空槽１０内のガス圧が安定するのに必要な時間（例えば５分間）経過後、基板ホルダ１１を回転させながら第１のセル１３ａの第１のヒータ１４ａ及び第２のセル１３ｂの第２のヒータ１４ｂを加熱し、Ｇａ及びＳｎを蒸発させて分子線としてβ−Ｇａ２Ｏ３基板２の表面に照射する。
【００２８】
例えば、第１のセル１３ａは９００℃に加熱され、Ｇａ蒸気のビーム等価圧力(ＢＥＰ；Beam Equivalent Pressure)は１×１０−４Ｐａである。また、Ｓｎ蒸気のビーム等価圧力は、任意の濃度のＳｎをβ−Ｇａ２Ｏ３結晶に添加するため、第１のセル１３ａの温度により制御される。
【００２９】
これにより、β−Ｇａ２Ｏ３基板２の主面上にβ−Ｇａ２Ｏ３結晶がＳｎを添加されながらホモエピタキシャル成長し、ｎ型のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜であるＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜が形成される。β−Ｇａ２Ｏ３結晶の成長温度は、例えば、７００℃である。
【００３０】
ここで、第２のセル１３ｂのシャッターを操作することにより、Ｓｎ蒸気を第２のセル１３ｂから間欠的に発生させ、Ｓｎを一定周期で間欠的にβ−Ｇａ２Ｏ３結晶に添加する。すなわち、β−Ｇａ２Ｏ３結晶が成長する間にβ−Ｇａ２Ｏ３結晶にＳｎが一定周期で間欠的に添加される。Ｓｎの添加は、間欠的に２回以上実施される。これにより、Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜中に、Ｓｎを添加する時間に成長した層とＳｎを添加しない時間に成長した層とが、交互に周期的に積層される。
【００３１】
また、Ｓｎの添加は、例えば、一定濃度で間欠的に行われる。この場合、Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜中のＳｎを添加する時間に成長した複数の層のＳｎ濃度はほぼ一定になる。
【００３２】
酸素系ガスとしてオゾン混合酸素ガスを用いる場合、オゾンガス雰囲気中でβ−Ｇａ２Ｏ３結晶を成長させることにより、酸素欠損の少ない高品質のβ−Ｇａ２Ｏ３結晶が得られる。オゾン混合酸素ガスのオゾン混合率は、例えば、５質量％である。また、オゾン混合酸素ガスのオゾン分圧は、５×１０−５Ｐａ以上であり、例えば２×１０−４Ｐａである。
【００３３】
なお、Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜は、β−Ｇａ２Ｏ３基板２上にβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶層を介して形成されてもよい。この場合、β−Ｇａ２Ｏ３基板２上にβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶をホモエピタキシャル成長させることによりβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶層を形成し、続いてβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶層上にＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜を上記のＭＢＥ法により形成する。ここで、β−Ｇａ２Ｏ３系結晶とは、β−Ｇａ２Ｏ３単結晶、及びＡｌ、Ｉｎ等が添加されたβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶、例えば（ＧａｘＡｌｙＩｎ（１−ｘ−ｙ））２Ｏ３（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）単結晶をいう。
【００３４】
図２（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態に係るＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３の断面図である。図２（ａ）のＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３は、β−Ｇａ２Ｏ３基板２の主面２ａ上に上記のＭＢＥ法によって形成される。図２（ｂ）のＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３は、β−Ｇａ２Ｏ３基板２の主面２ａ上に形成されたβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶層６上に上記のＭＢＥ法によって形成される。
【００３５】
Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３は、成膜時に間欠的にＳｎが添加されるため、Ｓｎを添加しない時間に成長した第１の層４（４ａ、４ｂ、４ｃ）と、Ｓｎを添加する時間に成長した第２の層５（５ａ、５ｂ、５ｃ）を有する。Ｓｎは周期的に添加されるため、第１の層４及び第２の層５は、各々一定の厚さを有し、交互に周期的に積層される。また、Ｓｎが一定濃度で添加される場合は、第２の層５のＳｎ濃度はほぼ一定になる。
【００３６】
第２の層５のＳｎ濃度は、成膜時の第１のセル１３ａの温度により制御することができる。第１の層４は、理想的にはＳｎを含まず、第２の層５から拡散した微量のＳｎを含むのみである。そのため、第１の層４のＳｎの平均濃度は、第２の層５のＳｎの平均濃度よりも低い。Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３中のＳｎの平均濃度は、例えば、１×１０１５〜１×１０２１／ｃｍ３である。
【００３７】
例えば、第１の層４ａ、４ｂ、４ｃの厚さは３〜２０ｎｍ、第２の層５ａ、５ｂ、５ｃの厚さは０．２〜１ｎｍである。第１の層４ａ、４ｂ、４ｃの厚さが２０ｎｍよりも大きい場合は、第２の層５ａ、５ｂ、５ｃの間隔が大きすぎてＳｎ添加の効果が薄くなるおそれがある。一方、第２の層５ａ、５ｂ、５ｃの厚さが１ｎｍよりも大きい場合は、第２の層５ａ、５ｂ、５ｃから第１の層４ａ、４ｂ、４ｃへのＳｎの拡散量が多すぎて間欠的なＳｎ添加の効果が薄くなるおそれがある。
【００３８】
なお、Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３の最下層（β−Ｇａ２Ｏ３基板２の主面２ａに接する層）は、第１の層４であっても第２の層５であってもよい。また、第１の層４及び第２の層５の層数は限定されない。
【００３９】
なお、β−Ｇａ２Ｏ３結晶をβ−Ｇａ２Ｏ３基板２上又はβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶層６上にホモエピタキシャル成長させる間、Ｓｎを間欠的でなく連続して添加した場合、Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜は本実施の形態の第２の層５に相当する層のみで構成される。しかし、このようなＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜は良好な電気伝導性を有さない。Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３は、第１の層４と第２の層５の両方を有するため、良好な電気伝導性を有する。
【００４０】
また、ホモエピタキシャル成長後のアニール処理を実施しなくても、Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３は良好な電気伝導性を有する。アニール処理を実施すると、エピタキシャル成長させたβ−Ｇａ２Ｏ３結晶の表面に凹凸が生じ、結晶と結晶上に形成される電極や絶縁膜との界面における電気特性が悪化するおそれがある。
【００４１】
図３は、アニール処理前とアニール処理後のＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３の電気伝導性の変化を表すグラフである。図３の縦軸は、Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３の単位立方センチ当たりのドナー密度とアクセプタ密度の差（Ｎｄ−Ｎａ）、すなわちｎ型半導体であるＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３の電気伝導性の高さを相対的に表す。図３の横軸は、Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３の単位立方センチ当たりのＳｎ濃度を表す。アニール処理は、窒素雰囲気中で１０００℃、３０分の条件下で実施された。
【００４２】
図３中の◇はアニール前のＮｄ−Ｎａの値を示し、●はアニール後のＮｄ−Ｎａの値を示す。図３の左側の◇及び●は、第１の層４と第２の層５の厚さがそれぞれ９ｎｍ、１ｎｍで、第１の層４と第２の層５が各々３６層形成され、第２の層５中のＳｎ濃度が５×１０１７／ｃｍ３であり、Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３中の平均Ｓｎ濃度が５×１０１６／ｃｍ３であるＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３（第１結晶膜とする）の測定値を示す。図３の右側の◇及び●は、第１の層４と第２の層５の厚さがそれぞれ２０ｎｍ、０．２ｎｍで、第１の層４と第２の層５が各々１８層形成され、第２の層５中のＳｎ濃度が５×１０１９／ｃｍ３であり、Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３中の平均Ｓｎ濃度が５×１０１７／ｃｍ３であるＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３（第２結晶膜とする）の測定値を示す。なお、図３の横軸のＳｎ濃度は、Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３の平均Ｓｎ濃度を表す。
【００４３】
図３は、第１結晶膜と第２結晶膜のいずれも、アニール処理前とアニール処理後の電気伝導性に差がなく、アニール処理を実施しなくても良好な電気伝導性が得られることを示している。
【００４４】
また、第１の層４と第２の層５の厚さがそれぞれ３ｎｍ、１ｎｍで、第１の層４と第２の層５が各々１２０層形成されたＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３、及び第１の層４と第２の層５の厚さがそれぞれ２０ｎｍ、０．４ｎｍで、第１の層４と第２の層５が各々３６層形成されたＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３も、アニール処理前とアニール処理後の電気伝導性に差がなく、アニール処理を実施しなくても良好な電気伝導性が得られることが確認されている。特に、第１の層４と第２の層５の厚さがそれぞれ２０ｎｍ、０．４ｎｍで、第１の層４と第２の層５が各々３６層形成されたＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜３は、Ｎｄ−Ｎａが１×１０２０／ｃｍ３という高い電気伝導性を有することが確認されている。
【００４５】
また、本実施の形態によれば、Ｓｎの原料として単体のＳｎが用いられるが、ＳｎＯ２等のＳｎ化合物を用いてもよい。
【００４６】
（実施の形態の効果）
β−Ｇａ２Ｏ３は４．８〜５．０ｅＶという大きなバンドギャップを持っており、その絶縁破壊電界強度も非常に大きいと予想される。Ｇａ２Ｏ３パワーデバイスが実現されれば、ＳｉＣやＧａＮを用いたデバイスを超える高効率パワーデバイスが実現されることとなり、我が国の将来の省エネルギー化へ大きく貢献すると期待されている。β−Ｇａ２Ｏ３を用いて高性能デバイスを作製する場合、β−Ｇａ２Ｏ３基板上にホモエピタキシャル成長させた高品質単結晶膜が非常に有用である。
【００４７】
本実施の形態によれば、ホモエピタキシャル成長法により、伝導特性に優れた高品質のβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜を形成することができる。また、結晶成長後のアニール処理を必要としないため、結晶表面の凹凸の発生を抑え、かつ製造コストを下げることができる。
【００４８】
また、本実施の形態によれば、単体のＳｎを添加するＳｎの原料として用いて、伝導特性に優れた高品質のβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜を形成することができる。
【００４９】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【００５０】
１…ＭＢＥ装置、２…β−Ｇａ２Ｏ３基板、３…Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶膜、４（４ａ、４ｂ、４ｃ）…第１の層、５（５ａ、５ｂ、５ｃ）…第２の層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分子線エピタキシー法により、β−Ｇａ２Ｏ３結晶をβ−Ｇａ２Ｏ３基板上、又は前記β−Ｇａ２Ｏ３基板上に形成されたβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶層上にホモエピタキシャル成長させ、前記成長の間に前記β−Ｇａ２Ｏ３結晶に一定周期で間欠的にＳｎを添加する工程を含むβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法。
【請求項２】
前記Ｓｎの原料として単体のＳｎが用いられる、
請求項１に記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法。
【請求項３】
前記Ｓｎは一定濃度で間欠的に前記β−Ｇａ２Ｏ３結晶に添加される、
請求項１又は２に記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法。
【請求項４】
前記β−Ｇａ２Ｏ３結晶を酸素系ガス雰囲気中でホモエピタキシャル成長させる、
請求項１〜３のいずれか１つに記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法。
【請求項５】
前記β−Ｇａ２Ｏ３結晶の１回の前記Ｓｎを添加する時間に成長する層の厚さは１ｎｍ以下であり、
前記β−Ｇａ２Ｏ３結晶の１回の前記Ｓｎを添加しない時間に成長する層の厚さは２０ｎｍ以下である、
請求項１〜４のいずれか１つに記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法。
【請求項６】
前記Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３結晶膜中の平均Ｓｎ濃度は１×１０１５〜１×１０２１／ｃｍ３である、
請求項１〜５のいずれか１つに記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法。
【請求項７】
β−Ｇａ２Ｏ３基板と、
前記β−Ｇａ２Ｏ３基板上に直接、又はβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶層を介して形成されたＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶層膜と、
を含み、
前記Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶層膜は、第１の層と、前記第１の層よりもＳｎの平均濃度が高い第２の層とが交互に周期的に積層された構造を有する、
結晶積層構造体。
【請求項８】
前記Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３結晶膜中の平均Ｓｎ濃度は１×１０１５〜１×１０２１／ｃｍ３である、
請求項７に記載の結晶積層構造体。
【請求項９】
前記第１の層の厚さは３〜２０ｎｍであり、前記第２の層の厚さは０．２〜１ｎｍである、
請求項７又は８に記載の結晶積層構造体。
【請求項１】
分子線エピタキシー法により、β−Ｇａ２Ｏ３結晶をβ−Ｇａ２Ｏ３基板上、又は前記β−Ｇａ２Ｏ３基板上に形成されたβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶層上にホモエピタキシャル成長させ、前記成長の間に前記β−Ｇａ２Ｏ３結晶に一定周期で間欠的にＳｎを添加する工程を含むβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法。
【請求項２】
前記Ｓｎの原料として単体のＳｎが用いられる、
請求項１に記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法。
【請求項３】
前記Ｓｎは一定濃度で間欠的に前記β−Ｇａ２Ｏ３結晶に添加される、
請求項１又は２に記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法。
【請求項４】
前記β−Ｇａ２Ｏ３結晶を酸素系ガス雰囲気中でホモエピタキシャル成長させる、
請求項１〜３のいずれか１つに記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法。
【請求項５】
前記β−Ｇａ２Ｏ３結晶の１回の前記Ｓｎを添加する時間に成長する層の厚さは１ｎｍ以下であり、
前記β−Ｇａ２Ｏ３結晶の１回の前記Ｓｎを添加しない時間に成長する層の厚さは２０ｎｍ以下である、
請求項１〜４のいずれか１つに記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法。
【請求項６】
前記Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３結晶膜中の平均Ｓｎ濃度は１×１０１５〜１×１０２１／ｃｍ３である、
請求項１〜５のいずれか１つに記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶膜の製造方法。
【請求項７】
β−Ｇａ２Ｏ３基板と、
前記β−Ｇａ２Ｏ３基板上に直接、又はβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶層を介して形成されたＳｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶層膜と、
を含み、
前記Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３単結晶層膜は、第１の層と、前記第１の層よりもＳｎの平均濃度が高い第２の層とが交互に周期的に積層された構造を有する、
結晶積層構造体。
【請求項８】
前記Ｓｎ添加β−Ｇａ２Ｏ３結晶膜中の平均Ｓｎ濃度は１×１０１５〜１×１０２１／ｃｍ３である、
請求項７に記載の結晶積層構造体。
【請求項９】
前記第１の層の厚さは３〜２０ｎｍであり、前記第２の層の厚さは０．２〜１ｎｍである、
請求項７又は８に記載の結晶積層構造体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−５６８０４（Ｐ２０１３−５６８０４Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９６４３２（Ｐ２０１１−１９６４３２）
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２３年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「省エネルギー革新技術開発／挑戦研究（事前研究一体型）／超高耐圧酸化ガリウムパワーデバイスの研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（３９０００５２２３）株式会社タムラ製作所 (526)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２３年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「省エネルギー革新技術開発／挑戦研究（事前研究一体型）／超高耐圧酸化ガリウムパワーデバイスの研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（３９０００５２２３）株式会社タムラ製作所 (526)
【Ｆターム（参考）】
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