JP6516738B2 - Electronic device using group III nitride semiconductor, method of manufacturing the same, and epitaxial multilayer wafer for manufacturing the electronic device - Google Patents

Electronic device using group III nitride semiconductor, method of manufacturing the same, and epitaxial multilayer wafer for manufacturing the electronic device Download PDF

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Description

(関連出願の引用)
本願は、“ELECTRONIC DEVICE USING GROUP III NITRIDE SEMICONDUCTOR AND ITS FABRICATION METHOD”と題され、2013年7月11日に出願された、発明者Tadao Hashimotoによる、米国出願第61/845,043号に対する優先権を主張するものであり、該出願は、あたかも以下において完全に開示されているかのように、その全体が参照により本明細書中に援用される。
(Citation of related application)
This application claims the benefit of priority to US application Ser. No. 61 / 845,043 filed by the inventor Tadao Hashimoto, filed on Jul. 11, 2013, entitled “ELECTRONIC DEVICE USING GROUP III NITRIDE SEMICONDUCTOR AND ITS FABRATION METHOD” It is claimed that the application is hereby incorporated by reference in its entirety as if fully disclosed infra.

また、本願は、以下の特許出願にも関連している:
“METHOD FOR GROWING GROUP III−NITRIDE CRYSTALS IN SUPERCRITICAL AMMONIA USING AN AUTOCLAVE,”と題され、2005年7月8日に出願された、Kenji Fujito, Tadao Hashimoto and Shuji Nakamuraによる、PCT通常特許出願第US2005/024239号(代理人管理番号30794.0129−WO−01 (2005−339−1)号);
The present application is also related to the following patent applications:
PCT General Patent Application No. US 2005/024239 by Kenji Fujito, Tadao Hashimoto and Shuji Nakamura, filed on July 8, 2005, entitled “METHOD FOR GROWING GROUP III-NITRIDE CRYSTALS IN SUPERCRITICAL AMMONIA USING AN AUTOCLAVE, No. (Agent Management No. 30794.0129-WO-01 (2005-339-1));

“METHOD FOR GROWING LARGE SURFACE AREA GALLIUM NITRIDE CRYSTALS IN SUPERCRITICAL AMMONIA AND LARGE SURFACE AREA GALLIUM NITRIDE CRYSTALS,”と題され、2007年4月6日に出願された、Tadao Hashimoto, Makoto Saito, and Shuji Nakamuraによる、米国通常特許出願第11/784,339号(代理人管理番号30794.179−US−U1 (2006−204)号)、該出願は、“A METHOD FOR GROWING LARGE SURFACE AREA GALLIUM NITRIDE CRYSTALS IN SUPERCRITICAL AMMONIA AND LARGE SURFACE AREA GALLIUM NITRIDE CRYSTALS,”と題され、2006年4月7日に出願された、Tadao Hashimoto, Makoto Saito, and Shuji Nakamuraによる、米国仮特許出願第60/790,310号(代理人管理番号30794.179−US−P1 (2006−204)号)の35 U.S.C. Section 119(e)のもとでの利益を主張している;   Tadao Hashimoto, Makoto Saito, and Shuji Nakamura, entitled “METHOD FOR GROWING LARGE SURFACE AREA GALLIUM NITRIDE CRYSTALS IN SUPERCRITICAL AMMONIA AND LARGE SURFACE AREA GALLIUM NITRIDE CRYSTALS,” filed on April 6, 2007 and filed on April 6, 2007 Patent Application No. 11/784, 339 (Attorney Docket No. 30794.179-US-U1 (2006-204)), which application is entitled "A METHOD FOR GROWING LARGE SURFACE AREA GALLIUM NITRIDE CRYSTALS IN SU" U.S. Provisional Patent Application No. 60 / 790,310, filed on April 7, 2006, filed by Tadao Hashimoto, Makoto Saito, and Shuji Nakamura, entitled ERCRITICAL AMMONIA AND LARGE SURFACE AREA GALLIUM NITRIDE CRYSTALS, No. 30794.179-US-P1 (2006-204)) 35 U.S. S. C. Claiming interests under Section 119 (e);

“GALLIUM NITRIDE BULK CRYSTALS AND THEIR GROWTH METHOD,”と題され、2007年9月19日に出願された、Tadao Hashimoto and Shuji Nakamuraによる、米国通常特許出願第60/973,602号(代理人管理番号30794.244−US−P1 (2007−809−1)号);   No. 60 / 973,602 filed on Sep. 19, 2007, entitled “GALLIUM NITRIDE BULK CRYSTALS AND THEIR GROWTH METHOD,” filed on Sep. 19, 2007, and entitled “GALLIUM NITRIDE BULK CRYSTALS AND THEIR GROWTH METHOD,” US patent application Ser. 244-US-P1 (2007-809-1));

“METHOD FOR GROWING GROUP III−NITRIDE CRYSTALS IN A MIXTURE OF SUPERCRITICAL AMMONIA AND NITROGEN, AND GROUP III−NITRIDE CRYSTALS GROWN THEREBY,”と題され、2007年10月25日に出願された、Tadao Hashimotoによる、米国通常特許出願第11/977,661号(代理人管理番号30794.253−US−U1 (2007−774−2)号);   Tadao Hashimoto, US General Patent, filed Oct. 25, 2007, entitled “METHOD FOR GROWING GROUP III-NITRIDE CRYSTALS IN A MIXTURE OF SUPERCRITICAL AMMONIA AND NITROGEN, AND GROUP III-NITRIDE CRYSTALS GROWN THE REBY,” filed October 25, 2007 Application No. 11 / 977,661 (agent management number 30794.253-US-U1 (2007-774-2));

“METHOD FOR PRODUCING GROUP III−NITRIDE WAFERS AND GROUP III−NITRIDE WAFERS,”と題され、2009年2月25日に出願された、Tadao Hashimoto, Edward Letts, Masanori Ikariによる、米国通常特許出願第12/392,960号(代理人管理番号SIXPOI−003US号);   Tadao Hashimoto, Edward Letts, Masanori Ikari, US Patent Application No. 12/392, filed on February 25, 2009, entitled "METHOD FOR PRODUCING GROUP III-NITRIDE WAFERS AND GROUP III-NITRIDE WAFERS," , 960 (agent management number SIXPOI-003US);

“METHODS FOR PRODUCING IMPROVED CRYSTALLINITY GROUP III−NITRIDE CRYSTALS FROM INITIAL GROUP III−NITRIDE SEED BY AMMONOTHERMAL GROWTH,” と題され、2009年6月4日に出願された、Edward Letts, Tadao Hashimoto, Masanori Ikari による、米国通常特許出願第12/455,760号(代理人管理番号SIXPOI−002US号);   Edward Letts, Tadao Hashimoto, Masanori Ikari, filed on June 4, 2009, entitled “METHODS FOR PRODUCING IMPROVED CRYSTALLINITY GROUP III-NITRIDE CRYSTALS FROM INITIAL GROUP III-NITRIDE SEED BY AMMONOTHERMAL GROWTH,” and filed on June 4, 2009; Patent Application No. 12 / 455,760 (agent management number SIXPOI-002 US);

“HIGH−PRESSURE VESSEL FOR GROWING GROUP III NITRIDE CRYSTALS AND METHOD OF GROWING GROUP III NITRIDE CRYSTALS USING HIGH−PRESSURE VESSEL AND GROUP III NITRIDE CRYSTAL,”と題され、2009年6月4日に出願された、Tadao Hashimoto, Edward Letts, Masanori Ikari,による、米国通常特許出願第12/455,683号(代理人管理番号SIXPOI−005US号);   Tadao Hashimoto, Edward, entitled "HIGH-PRESSURE VESSEL FOR GROWING GROUP III NITRIDE CRYSTALS AND METHOD OF GROWING GROUP III NITRIDE CRYSTALS USING HIGH-PRESSURE VESSEL AND GROUP III NITRIDE CRYSTAL," filed on June 4, 2009, US Patent Application Serial No. 12 / 455,683 (Attorney Docket No. SIXPOI-005US) by Letts, Masanori Ikari ,;

“METHOD FOR TESTING III−NITRIDE WAFERS AND III−NITRIDE WAFERS WITH TEST DATA,”と題され、2009年6月12日に出願された、Tadao Hashimoto, Masanori Ikari, Edward Lettsによる、米国通常特許出願第12/455,181号(代理人管理番号SIXPOI−001US号);   Tadao Hashimoto, Masanori Ikari, Edward Letts, filed on June 12, 2009, entitled "METHOD FOR TESTING III-NITRIDE WAFERS AND III-NITRIDE WAFERS WITH TEST DATA,", US Patent Application No. 12 / 455, 181 (agent management number SIXPOI-001US);

“REACTOR DESIGN FOR GROWING GROUP III NITRIDE CRYSTALS AND METHOD OF GROWING GROUP III NITRIDE CRYSTALS,” と題され、2009年10月16日に出願された、Tadao Hashimoto, Masanori Ikari, Edward Lettsによる、米国通常特許出願第12/580,849号(代理人管理番号SIXPOI−004US号);   Tadao Hashimoto, Masanori Ikari, Edward Letts, filed on October 16, 2009, entitled “REACTOR DESIGN FOR GROWING GROUP III NITRIDE CRYSTALS AND METHOD OF GROWING GROUP III NITRIDE CRYSTALS,” filed on October 16, 2009, and filed with the United States Patent Application No. 12 / 580, 849 (agent management number SIXPOI-004US);

“COMPOSITE SUBSTRATE OF GALLIUM NITRIDE AND METAL OXIDE,”と題され、2013年2月28日に出願された、Tadao Hashimoto による、米国通常特許出願第13/781,509号(代理人管理番号SIXPOI−012US号);   Tadao Hashimoto, filed on Feb. 28, 2013, entitled "COMPOSITE SUBSTRATE OF GALLIUM NITRIDE AND METAL OXIDE," filed by the United States Patent Application Serial No. 13 / 781,509 (agent management number SIXPOI-012US) );

“A BISMUTH−DOPED SEMI−INSULATING GROUP III NITRIDE WAFER,”と題され、2013年2月28日に出願された、Tadao Hashimoto, Edward Letts, Sierra Hoffによる、米国通常特許出願第13/781,543号(代理人管理番号SIXPOI−013US号);   Tadao Hashimoto, Edward Letts, Sierra Hoff, filed on February 28, 2013, entitled "A BISMUTH-DOPED SEMI-INSULATING GROUP III NITRIDE WAFER,", filed US Ser. No. 13 / 781,543, filed on Feb. 28, 2013 (Agent management number SIXPOI-013US);

“METHOD OF GROWING GROUP III NITRIDE CRYSTALS,”と題され、2013年3月15日に出願された、Tadao Hashimoto, Edward Letts, Sierra Hoffによる、米国通常特許出願第13/833,443号(代理人管理番号SIXPOI−014US1号);   Tadao Hashimoto, Edward Letts, Sierra Hoff, filed on March 15, 2013, entitled “METHOD OF GROWING GROUP III NITRIDE CRYSTALS,” filed under US Ser. No. 13 / 833,443 (Agent Management (Agent Management) No. SIXPOI-014US1));

“METHOD OF GROWING GROUP III NITRIDE CRYSTALS,”と題され、2013年3月15日に出願された、Tadao Hashimoto, Edward Letts, Sierra Hoff による、米国通常特許出願第13/834,015号(代理人管理番号SIXPOI−014US2);   Tadao Hashimoto, Edward Letts, Sierra Hoff, filed on March 15, 2013, entitled “METHOD OF GROWING GROUP III NITRIDE CRYSTALS,” filed under US Ser. No. 13 / 834,015 (Agent management No. SIXPOI-014US2);

“GROUP III NITRIDE WAFER AND ITS PRODUCTION METHOD,”と題され、2013年3月15日に出願された、Tadao Hashimoto, Edward Letts, Sierra Hoffによる、米国通常特許出願第13/834,871号(代理人管理番号SIXPOI−015US1);   Tadao Hashimoto, Edward Letts, Sierra Hoff, filed on March 15, 2013, entitled “GROUP III NITRIDE WAFER AND ITS PRODUCTION METHOD,” filed US Ser. No. 13 / 834,871 (agent Control number SIXPOI-015US1);

“GROUP III NITRIDE WAFER AND ITS PRODUCTION METHOD,”と題され、2013年3月15日に出願された、Tadao Hashimoto, Edward Letts, Sierra Hoffによる、米国通常特許出願第13/835,636号(代理人管理番号SIXPOI−015US2);   Tadao Hashimoto, Edward Letts, Sierra Hoff, filed on March 15, 2013, entitled “GROUP III NITRIDE WAFER AND ITS PRODUCTION METHOD,” filed US Ser. No. 13 / 835,636 (agent Control number SIXPOI-015US2);

“GROUP III NITRIDE WAFERS AND FABRICATION METHOD AND TESTING METHOD,”と題され、2013年3月13日に出願された、Tadao Hashimotoによる、米国通常特許出願第13/798,530号(代理人管理番号SIXPOI−016US)。   No. 13 / 798,530, filed on March 13, 2013, entitled “GROUP III NITRIDE WAFERS AND FABRICATION METHOD AND TESTING METHOD,” filed by Tadao Hashimoto on March 13, 2013 (agent management number SIXPOI— 016US).

これらの出願は、以下においてあたかも完全に開示されているかのように、その全体が参照により本明細書中に援用される。   These applications are incorporated herein by reference in their entirety as if fully disclosed in the following.

本発明は、高出力および/または高周波数電気/電子回路に主に使用される半導体電子デバイスに関する。より具体的には、本発明は、例えば、III族窒化物半導体を用いたショットキーダイオード、金属半導体電界効果トランジスタ(MESFET)、金属絶縁体半導体電界効果トランジスタ(MISFET)、バイポーラトランジスタ、およびヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)等のダイオードまたはトランジスタに関する。   The present invention relates to semiconductor electronic devices mainly used for high power and / or high frequency electrical / electronic circuits. More specifically, the present invention relates to, for example, a Schottky diode using a group III nitride semiconductor, a metal semiconductor field effect transistor (MESFET), a metal insulator semiconductor field effect transistor (MISFET), a bipolar transistor, and a heterobipolar It relates to a diode or a transistor such as a transistor (HBT).

本発明はまた、そのような電子デバイスを作る方法に関する。   The invention also relates to a method of making such an electronic device.

本発明はまた、電子デバイスを製造するのに用いられるエピタキシャル多層ウエハに関する。   The invention also relates to an epitaxial multilayer wafer used to manufacture electronic devices.

(注記:本願は、例えば、[x]のような括弧つき番号で示されるいくつかの刊行物および特許を参照する。これら刊行物および特許のリストは、「参考文献」と題されるセクションに見出され得る。)   (Note: this application refers to a number of publications and patents indicated, for example, by bracketed numbers such as [x]. A list of these publications and patents can be found in the section entitled "References" Can be found.)

窒化ガリウム(GaN)およびそれに関連するIII族窒化物合金は、電力スイッチングトランジスタ等、様々な電子デバイスの主要な半導体材料である。バリガ指数(Baliga’s Figure of Merit;BFOM)で理論的に予測されるGaNの最大性能が炭化ケイ素(SiC)のそれを約5倍上回るという事実にもかかわらず、低コストGaNウエハの欠如は、2つの電圧レベルの間を最小の損失で素早く切り替え得るGaN系電力スイッチングトランジスタの開発を妨げている。現在のところ、これらのデバイスの大半は、シリコン、SiC、およびサファイア等の異種ウエハ上でヘテロエピタキシャルに成長させられたIII族窒化物膜を用いて作製される。しかしながら、III族窒化物のヘテロエピタキシャル成長は、非常に欠陥が多いまたは割れの入った膜さえも招く結果となる。III族窒化物ヘテロエピタキシャル膜中の典型的な欠陥は、成長方向に沿った10cm−2レベルの貫通転位である。このため、垂直欠陥は、高電圧が垂直方向に(すなわち、成長方向に沿って)印加されたときの漏れ電流経路となることができる。現時点では、GaN系電子デバイスは、高電子移動度トランジスタ(HEMT)等、表面近傍の横方向に沿って流れる電流を利用する水平デバイスに実質的に限られている。そのような水平デバイス内の薄膜には電流が通過するため、薄膜は、高電流(すなわち、高出力)デバイスを提供する広い面積を有する必要がある。加えて、全ての接点は、デバイスの1つの側に配置されており、そのことが、本デバイスを、垂直構成を有するデバイスよりはるかに大きくする。これらの制約により、III族窒化物半導体の水平構成で高出力デバイスを達成することは、非常に難しい。 Gallium nitride (GaN) and related III-nitride alloys are the main semiconductor materials of various electronic devices such as power switching transistors. Despite the fact that the maximum performance of GaN theoretically predicted by Baliga's Figure of Merit (BFOM) exceeds that of silicon carbide (SiC) by about five times, the lack of low cost GaN wafers , Hamper the development of GaN-based power switching transistors that can quickly switch between two voltage levels with minimal loss. Currently, most of these devices are fabricated using III-nitride films heteroepitaxially grown on dissimilar wafers such as silicon, SiC, and sapphire. However, heteroepitaxial growth of group III nitrides results in highly defective or even cracked films. Typical defects in III-nitride heteroepitaxial films are 10 9 cm -2 levels of threading dislocations along the growth direction. Thus, vertical defects can be leakage current paths when high voltage is applied in the vertical direction (ie, along the growth direction). At the present time, GaN-based electronic devices are substantially limited to horizontal devices such as high electron mobility transistors (HEMTs) that utilize the current flowing along the lateral direction near the surface. Because current flows through thin films in such horizontal devices, the thin films need to have a large area to provide high current (i.e., high power) devices. In addition, all the contacts are located on one side of the device, which makes the device much larger than a device with a vertical configuration. Due to these limitations, it is very difficult to achieve high power devices in horizontal configurations of III-nitride semiconductors.

GaNまたはAlN等のホモエピタキシャルェハまたは基板は、垂直構成のGaN系電子デバイスを提供するのに必要とされる。低コストで高結晶性のGaN基板の欠如は、GaNおよび他のIII族窒化物化合物のバルク結晶を成長させることの難しさに起因する。現在のところ、市販のGaNウエハの大半は、ハイドライド気相エピタキシ(HVPE)によって製造される。HVPEは、GaNがヘテロエピタキシャルウエハ(例えば、サファイア)上に成長させられるとき、10cm−2を下回る転位密度を有するGaNを作ることが難しい気相法である。さらに、その製造プロセスは、厚い(0.1mmを上回る)GaN層を成長させた後でヘテロエピタキシャルウエハを除去することを必要とし、非常に労働集約的であり、低収率を招く結果となる。 A homoepitaxial wafer or substrate such as GaN or AlN is required to provide a GaN based electronic device in a vertical configuration. The lack of low cost, high crystallinity GaN substrates is due to the difficulty of growing bulk crystals of GaN and other III-nitride compounds. At present, most of the commercially available GaN wafers are manufactured by hydride vapor phase epitaxy (HVPE). HVPE is a difficult gas phase process to make GaN with dislocation density below 10 5 cm −2 when GaN is grown on heteroepitaxial wafers (eg, sapphire). Furthermore, the manufacturing process requires removing the heteroepitaxial wafer after growing a thick (above 0.1 mm) GaN layer, which is very labor intensive and results in low yield .

転位および/または粒界の密度が10cm−2を下回る低コストで高結晶性のGaN基板を得るために、アモノサーマル成長が開発されている[1〜6]。アモノサーマル法は、超臨界アンモニアを用いたIII族窒化物結晶のバルク成長法の1種である。超臨界アンモニア中での結晶の成長速度は、典型的には、低い。基板を製造するのに実用的に有用な速度でバルクGaN結晶を成長させるには、鉱化剤と呼ばれる化学添加物が超臨界アンモニアに添加される。鉱化剤は、典型的には、カリウム、ナトリウム、リチウム、カリウムアミド、ナトリウムアミド、リチウムアミド、フッ化アンモニウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、ヨウ化アンモニウム、およびヨウ化ガリウム等、I族元素またはVII族元素の元素または化合物である。時として、2種を上回る鉱化剤が、良好な成長条件を達成するように混合される。アルカリ系鉱化剤の大半は互換可能であるが、ナトリウムは、成長速度、純度、および取扱いの点で最も好適な鉱化剤である。10cm−2を下回る転位密度を有するGaN基板が、アモノサーマル成長法でナトリウム鉱化剤を用いて製造される。しかしながら、(基板が2つの電極の間にあるように、1つの電極が基板の1つの側または表面上にあり、その対応する電極が基板の反対の側または表面に形成される)アモノサーマルIII族窒化物基板で垂直構成を有する高出力電子デバイスを達成するには、革新的なデバイス構造および作製方法が必要とされる。 Ammonothermal growth has been developed in order to obtain a low cost and highly crystalline GaN substrate with a dislocation and / or grain boundary density below 10 5 cm −2 [1 to 6]. The ammonothermal method is one of the bulk growth methods of Group III nitride crystals using supercritical ammonia. The growth rate of crystals in supercritical ammonia is typically low. To grow bulk GaN crystals at a rate that is practically useful for producing substrates, chemical additives called mineralizers are added to supercritical ammonia. The mineralizer is typically potassium, sodium, lithium, potassium amide, sodium amide, lithium amide, ammonium fluoride, ammonium chloride, ammonium chloride, ammonium bromide, ammonium iodide and gallium iodide, etc., Group I element or It is an element or compound of a group VII element. Sometimes, more than two mineralizers are mixed to achieve good growth conditions. While most of the alkaline mineralizers are compatible, sodium is the most preferred mineralizer in terms of growth rate, purity, and handling. GaN substrates with dislocation densities below 10 5 cm -2 are produced using sodium mineralizer in an ammonothermal growth process. However, ammonothermal (one electrode is on one side or surface of the substrate and its corresponding electrode is formed on the opposite side or surface of the substrate, such that the substrate is between two electrodes) Innovative device structures and fabrication methods are needed to achieve high power electronic devices with vertical configurations on III-nitride substrates.

本発明は、1つの例では、アモノサーマル法を介して作製されたIII族窒化物基板を用いた電子デバイスを提供する。10cm−2を下回る転位密度を有し、アモノサーマル的に成長させられた基板の高電子濃度を、例えば、気相法により成長させられたGa1−x−yAlInN(0≦x≦1、0≦y≦1)の高純度・低キャリア濃度活性層と組み合わせて利用することにより、高い降伏電圧とともに、デバイスが「オン」状態のときの低い抵抗(「オン抵抗」)を有するデバイスが作られ得る。アモノサーマル的に成長させられた基板と高純度・低キャリア濃度活性層との間のより良好な整合を実現するため、遷移層が随意に導入される。電子デバイスは、活性層中の空乏領域を変化させることにより動作する。高純度・低キャリア濃度活性層は、好ましくは、活性層中の空乏領域が活性層の厚さ全体を通して延在しない程度に十分厚く、好ましくは、活性層は、高純度・低キャリア濃度活性層が存在する界面および/または基板内に空乏領域が延在するのを防ぐ程度に十分に厚い。 The present invention provides, in one example, an electronic device using a III-nitride substrate fabricated via an ammonothermal process. The high electron concentration of an ammonothermally grown substrate having a dislocation density below 10 5 cm −2 can be obtained, for example, by using a vapor phase grown Ga 1 -x-y Al x In y N Low resistance (“on-resistance”) when the device is in the “on” state with high breakdown voltage by utilizing in combination with the high purity, low carrier concentration active layer (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) ") Can be made. A transition layer is optionally introduced to achieve a better match between the amonothermally grown substrate and the high purity, low carrier concentration active layer. Electronic devices operate by changing the depletion region in the active layer. The high purity low carrier concentration active layer is preferably thick enough such that the depletion region in the active layer does not extend through the entire thickness of the active layer, preferably the active layer is a high purity low carrier concentration active layer Are thick enough to prevent the depletion region from extending into the interface and / or the substrate where the

したがって、1つの例では、本発明は、電子デバイスを製造するためのエピタキシャル多層ウエハを提供する。本ウエハは、(i)第1の側および第1の側とは反対側の第2の側を有するGa1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)のIII族窒化物基板ならびに(ii)III族窒化物基板の第1の側上にあるGa1−x2−y2Alx2Iny2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層を含み得る。III族窒化物基板の転位密度は、10cm−2を下回り得る。III族窒化物基板はまた、1018cm−3を上回る電子濃度および/または酸素濃度を有し得る。III族窒化物基板は、超臨界アンモニア中で成長させられたGa1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)のバルク結晶から作製され得る。活性層は、1018cm−3を下回る電子および/または酸素濃度を有するエピタキシャルに堆積した層であってもよい。活性層は、ウエハの第1の側上にある第1の電極とウエハの第2の側上にある第2の電極とを伴う電子デバイスを作製した後で活性層内に形成される空乏領域が、基板の外側になるような十分な厚さを有し得る。 Thus, in one example, the present invention provides an epitaxial multilayer wafer for manufacturing electronic devices. (I) The wafer has a first side and a second side opposite to the first side. Ga 1-x 1-y 1 Al x 1 In y 1 N (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1) The activity of Ga 1-x2-y 2 Al x 2 In y 2 N (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1) on the first side of the group III nitride substrate of It may contain layers. The dislocation density of a III-nitride substrate can be below 10 5 cm -2 . III-nitride substrate may also have electron concentration and / or oxygen concentration greater than 10 18 cm -3. III-nitride substrate may be made from a bulk crystal was grown in supercritical ammonia Ga 1-x1-y1 Al x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1). The active layer may be a layer which is epitaxially deposited with electronic and / or oxygen concentration below 10 18 cm -3. An active layer is a depletion region formed in the active layer after fabricating an electronic device with a first electrode on the first side of the wafer and a second electrode on the second side of the wafer. May have a thickness sufficient to be outside the substrate.

本発明はまた、上記または本明細書の他所で明記されるウエハを含む電子デバイスを提供する。電極の1つは、ウエハの第1の面上にあってもよく、別の電極は、ウエハの第2の反対側の面にあってもよい。これらの電極は、例えば、電子デバイスとしてトランジスタまたはダイオードを形成するように協働し得る。   The invention also provides an electronic device comprising a wafer as described above or elsewhere herein. One of the electrodes may be on the first side of the wafer and another electrode may be on the second opposite side of the wafer. These electrodes may, for example, cooperate to form a transistor or a diode as an electronic device.

本発明は、別の例では、多層ウエハを作る新たな方法を提供する。本方法は、Ga1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)基板の第1の側上に、Ga1−x2−y2Alx2Iny2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層を気相からエピタキシャルに堆積させるステップを含み、基板は、アモノサーマル法により形成された。活性層は、ウエハの第1の側上にある第1の電極とウエハの第2の反対側上にある第2の電極とを伴う電子デバイスを作製した後に活性層内に形成される空乏領域が、基板の外側となる十分な厚さを有し得る。基板は、1018cm−3を上回る酸素濃度および/または電子濃度を有し得、気相は、活性層内に1018cm−3を下回る酸素濃度および/または電子濃度を提供するのに十分に低い酸素濃度および/または電子ドナー濃度を有し得る。 The present invention, in another example, provides a new method of making a multilayer wafer. The method, Ga 1-x1-y1 Al x1 In y1 to N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1) on a first side of the substrate, Ga 1-x2-y2 Al x2 In y2 N (0 The step of epitaxially depositing from the vapor phase an active layer of ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1), the substrate was formed by ammonothermal method. An active layer is a depletion region formed in the active layer after fabricating an electronic device with a first electrode on the first side of the wafer and a second electrode on the second opposite side of the wafer. May have a sufficient thickness to be outside the substrate. The substrate may have an oxygen concentration and / or an electron concentration greater than 10 18 cm −3 , and the gas phase is sufficient to provide an oxygen concentration and / or an electron concentration less than 10 18 cm −3 in the active layer. Can have a low oxygen concentration and / or electron donor concentration.

発明はさらに、新たな電子デバイスを提供する。本デバイスは、Ga1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)の基板と、基板の第1の側上のGa1−x2−y2Alx2Iny2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層と、基板の第1の側とは反対側の基板の第2の側の裏側オーミック接点とを含んでもよい。 The invention further provides a new electronic device. The device, Ga 1-x1-y1 Al x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1) and the substrate, Ga 1-x2-y2 Al on the first side of the substrate x2 an In y2 An active layer of N (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1) and a back side ohmic contact on the second side of the substrate opposite to the first side of the substrate may be included.

デバイスの接点は、深さを有する活性層内に空乏領域を形成し得、活性層は、デバイスの動作範囲内の任意の印加電圧について空乏領域の深さを上回る厚さを有し得る。さらにまたは代わりに、活性層および遷移層は、デバイスの動作範囲内の任意の印加電圧について空乏領域の深さを上回る合計厚さを有し得る。   The contacts of the device may form a depletion region in the active layer having a depth, and the active layer may have a thickness that exceeds the depth of the depletion region for any applied voltage within the operating range of the device. Additionally or alternatively, the active and transition layers may have a total thickness that exceeds the depth of the depletion region for any applied voltage within the operating range of the device.

上述または本明細書の他所に記載されるデバイスの基板は、10cm−2を下回る転位密度を有し得る。本基板は、1018cm−3を上回る電子濃度および/または酸素濃度を有し得る。上述または本明細書の他所に記載されるデバイスの活性層は、1018cm−3を下回る電子濃度および/または酸素濃度を有し得る。 The substrates of the devices described above or elsewhere herein may have dislocation densities below 10 5 cm −2 . This substrate may have an electron concentration and / or oxygen concentration greater than 10 18 cm -3. Active layer of the devices described elsewhere above or herein may have an electron concentration and / or oxygen concentration below 10 18 cm -3.

発明はまた、電子デバイスの新たな作製方法を提供する。本方法は、超臨界アンモニア中で成長させられたGa1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)のバルク結晶からスライスされたGa1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)の基板の第1の側上に、Ga1−x2−y2Alx2Iny2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層を気相エピタキシで成長させるステップを含み得る。本方法は、基板の第2の側上にオーミック接点を形成するステップおよび/または活性層上にショットキー接点、金属−絶縁体−半導体構造、もしくはp型半導体を形成するステップを含み得る。空乏領域は、デバイスの動作範囲内の任意の印加電圧について、空乏領域の深さが活性層の厚さを下回るように、もっぱら活性層内にあってもよい。代わりに、空乏領域は、活性層を通して遷移層内に延在し得る。後者の例では、空乏領域の深さは、活性層の厚さを上回り得るが活性層の厚さと遷移層の厚さの和を下回り得る。当然のことながら、本方法で遷移層が提供されるとき、空乏領域の深さは、活性層の厚さを上回り活性層および遷移層の合計厚さを下回る必要はない。本基板は、10cm−2を下回る転位密度を有し得る。本基板は、1018cm−3を上回る電子濃度および/または酸素濃度を有し得る。活性層は、1018cm−3を下回る電子濃度および/または酸素濃度を有し得る。 The invention also provides a new method of making an electronic device. The method supercritical ammonia-Ga 1-x1-y1 grown in Al x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1) Ga 1-x1-y1 sliced from bulk crystals of On the first side of the substrate of Al x 1 In y 1 N (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1), Ga 1−x 2 −y 2 Al x 2 In y 2 N (0 ≦ x 2 ≦ 1 0 ≦ y 2 ≦ 1) The step of growing the active layer of 1) by vapor phase epitaxy may be included. The method may include forming an ohmic contact on the second side of the substrate and / or forming a Schottky contact, a metal-insulator-semiconductor structure, or a p-type semiconductor on the active layer. The depletion region may be exclusively in the active layer, such that the depth of the depletion region is less than the thickness of the active layer, for any applied voltage within the operating range of the device. Alternatively, the depletion region may extend through the active layer into the transition layer. In the latter example, the depth of the depletion region may exceed the thickness of the active layer but less than the sum of the thickness of the active layer and the thickness of the transition layer. Of course, when the transition layer is provided in the present method, the depth of the depletion region need not exceed the thickness of the active layer and be less than the combined thickness of the active layer and the transition layer. The substrate may have a dislocation density below 10 5 cm −2 . This substrate may have an electron concentration and / or oxygen concentration greater than 10 18 cm -3. The active layer may have an electron concentration and / or oxygen concentration below 10 18 cm -3.

これらの基板、ウエハ、デバイス、および方法は、実施例として提供され、限定するものではない。
本明細書は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
電子デバイスを製造するためのエピタキシャル多層ウエハであって、(i)第1の側および上記第1の側とは反対側の第2の側を有するGa 1−x1−y1 Al x1 In y1 N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)のIII族窒化物基板と、(ii)上記III族窒化物基板の上記第1の側上にあるGa 1−x2−y2 Al x2 In y2 N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層と、を含み、
(a)上記III族窒化物基板の転位密度は、10 cm −2 を下回り、
(b)上記III族窒化物基板は、10 18 cm −3 を上回る電子濃度を有し、
(c)上記III族窒化物基板は、超臨界アンモニア中で成長させられたGa 1−x1−y1 Al x1 In y1 N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)のバルク結晶から作製され、
(d)上記活性層は、10 18 cm −3 を下回る電子濃度を有するエピタキシャルに堆積された層であり、
(e)上記活性層は、上記ウエハの上記第1の側上にある第1の電極と上記ウエハの上記第2の側上にある第2の電極とを伴う上記電子デバイスを作製した後で上記活性層内に形成される空乏領域が、上記基板の外側になる十分な大きさの厚さを有する、
エピタキシャル多層ウエハ。
(項目2)
上記活性層は、10 16 cm −3 を下回る電子濃度を有する、項目1に記載のエピタキシャル多層ウエハ。
(項目3)
電子デバイスを製造するためのエピタキシャル多層ウエハであって、(i)第1の側および上記第1の側とは反対側の第2の側を有するGa 1−x1−y1 Al x1 In y1 N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)のIII族窒化物基板と、(ii)上記III族窒化物基板の上記第1の側上にあるGa 1−x2−y2 Al x2 In y2 N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層と、を含み、
(a)上記III族窒化物基板の転位密度は、10 cm −2 を下回り、
(b)上記III族窒化物基板は、10 18 cm −3 を上回る電子濃度を有し、
(c)上記III族窒化物基板は、超臨界アンモニア中で成長させられたGa 1−x1−y1 Al x1 In y1 N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)のバルク結晶から作製され、
(d)上記活性層は、10 18 cm −3 を下回る酸素濃度を有するエピタキシャルに堆積された層であり、
(e)上記活性層は、上記ウエハの上記第1の側上にある第1の電極と上記ウエハの上記第2の側上にある第2の電極とを伴う上記電子デバイスを作製した後で上記活性層内に形成される空乏領域が、上記基板の外側になる十分な厚さを有する、
エピタキシャル多層ウエハ。
(項目4)
上記活性層は、10 16 cm −3 を下回る酸素濃度を有する、項目3に記載のエピタキシャル多層ウエハ。
(項目5)
上記活性層の上記厚さは、5ミクロンを上回る、項目1〜4のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。
(項目6)
上記基板と上記活性層との間にGa 1−x3−y3 Al x3 In y3 N(0≦x3≦1、0≦y3≦1)の遷移層をさらに含み、上記遷移層の第1の側は、上記基板の上記第1の側の結晶格子と整合する結晶格子を有し、上記遷移層の第2の側は、上記活性層の第1の側の結晶格子と整合する結晶格子を有する、項目1〜5のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。
(項目7)
上記遷移層は、気相エピタキシにより成長させられる、項目6に記載のエピタキシャル多層ウエハ。
(項目8)
上記遷移層は、上記基板と上記遷移層との間の界面に形成される割れを埋めるのに十分な厚さである、項目6または項目7に記載のエピタキシャル多層ウエハ。
(項目9)
上記空乏帯は、上記遷移層内に延在する、項目6〜8のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。
(項目10)
上記活性層は、上記空乏帯より厚い、項目6〜8のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。
(項目11)
上記遷移層は、上記基板に含まれる不純物の拡散を防止する不純物でドープされる、項目6〜10のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。
(項目12)
上記III族窒化物基板と上記活性層との間に電流ブロック層をさらに含む、項目1〜11のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。
(項目13)
上記活性層は、10 cm −2 を下回る転位密度を有する、項目1〜12のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。
(項目14)
上記基板は、10 16 cm −3 を上回るナトリウム濃度を有し、上記活性層は、上記基板より少なくとも100倍少ないナトリウムを含有する、項目1〜13のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。
(項目15)
上記基板は、0.1度を上回り5度を下回るミスカットを伴うc平面である、項目1〜14のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。
(項目16)
電子デバイスであって、項目1〜15のいずれかに記載の多層ウエハと上記電子デバイスの動作範囲の上方で上記III族窒化物ウエハの外側に上記空乏領域を形成する上記電極とを含む、電子デバイス。
(項目17)
多層ウエハを作る方法であって、アモノサーマル法によって形成され、第1の側の反対側に第2の側を有するGa 1−x1−y1 Al x1 In y1 N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)の基板の上記第1の側上に、Ga 1−x2−y2 Al x2 In y2 N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層を気相からエピタキシャルに堆積させるステップを含み、上記活性層は、上記ウエハの上記第1の側上にある第1の電極と上記ウエハの上記第2の側上にある第2の電極とを伴う電子デバイスを作製した後で上記活性層内に形成される空乏領域が、上記基板の外側となる十分な大きさの厚さを有し、上記基板は、10 18 cm −3 を上回る酸素濃度を有し、上記気相は、上記活性層内に10 18 cm −3 を下回る酸素濃度を提供するのに十分に低い濃度の酸素を有する、方法。
(項目18)
上記気相は、上記活性層内に10 16 cm −3 を下回る酸素濃度を提供するのに十分に低い濃度の酸素を有する、項目17に記載の方法。
(項目19)
多層ウエハを作る方法であって、アモノサーマル法によって形成され、第1の側の反対側に第2の側を有するGa 1−x1−y1 Al x1 In y1 N(0≦x1≦1,0≦y1≦1)の基板の上記第1の側上に、Ga 1−x2−y2 Al x2 In y2 N(0≦x2≦1,0≦y2≦1)の活性層を気相からエピタキシャルに堆積させるステップを含み、上記活性層は、上記ウエハの上記第1の側上にある第1の電極と上記ウエハの上記第2の側上にある第2の電極とを伴う電子デバイスを作製した後で上記活性層内に形成される空乏領域が、上記基板の外側となる十分な厚さを有し、上記基板は、10 18 cm −3 を上回る酸素濃度を有し、上記活性層は、10 18 cm −3 を下回る電子濃度を上記活性層内に提供するのに十分に低い濃度の電子ドナーを有する、方法。
(項目20)
上記活性層は、10 16 cm −3 を下回る電子濃度を上記活性層内に提供するのに十分に低い濃度の電子ドナーを有する、項目19に記載の方法。
(項目21)
上記活性層は、少なくとも約5ミクロンの厚さに堆積される、項目17〜20のいずれかに記載の方法。
(項目22)
上記堆積ステップの間に上記遷移層の第1の面が上記基板の上記第1の側の結晶格子に整合し、上記遷移層堆積ステップの完了に際して上記遷移層の第2の反対面が上記活性層の第1の側の結晶格子と整合するように、反応物の濃度および/または堆積条件を変化させながら、Ga 1−x3−y3 Al x3 In y3 N(0≦x3≦1、0≦y3≦1)の遷移層をエピタキシャルに堆積させるステップをさらに含む、項目17〜21のいずれかに記載の方法。
(項目23)
上記堆積ステップの間に上記遷移層が割れ、上記方法が、上記遷移層の上記第2の表面が割れを有さないよう上記遷移層の割れを埋めるように、上記遷移層の付加的な量を堆積させるステップをさらに含む、項目22に記載の方法。
(項目24)
上記活性層は、上記遷移層の一部に上記空乏帯が延在するような厚さに堆積される、項目22または項目23に記載の方法。
(項目25)
上記空乏帯は、上記遷移層内の割れに届く前に終わる、項目24に記載の方法。
(項目26)
上記遷移層は、上記基板に含まれる不純物の拡散を防止する不純物でドープされる、項目22〜25のいずれかに記載の方法。
(項目27)
上記III族窒化物基板と上記活性層との間に電流ブロック層を堆積させるステップをさらに含む、項目17〜26のいずれかに記載の方法。
(項目28)
上記活性層は、上記活性層が上記基板より少なくとも100倍少ないナトリウムを含有するのに十分に低いナトリウム濃度を有し、上記基板は、10 16 cm −3 を上回る濃度のナトリウムを含有する、項目17〜27のいずれかに記載の方法。
(項目29)
上記基板の上記第1の側は、c平面に対し、0.1度を上回り5度を下回ってミスカットされる、項目17〜28のいずれかに記載の方法。
(項目30)
上記電極を提供するステップをさらに含む、項目17〜29のいずれかに記載の方法。
(項目31)
電子デバイスであって、Ga 1−x1−y1 Al x1 In y1 N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)の基板と、上記基板の第1の側上のGa 1−x2−y2 Al x2 In y2 N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層と、上記基板の上記第1の側とは反対側の第2の側上の裏側オーミック接点と、上記活性層内に深さを有する空乏領域と、を含み、
(a)上記基板は、10 cm −2 を下回る転位密度を有し
(b)上記基板は、10 18 cm −3 を上回る電子濃度を有し、
(c)上記活性層は、10 18 cm −3 を下回る電子濃度を有し、
(d)上記活性層は、上記デバイスの動作範囲内の任意の印加電圧について上記空乏領域の深さを上回る厚さを有する、
電子デバイス。
(項目32)
上記活性層の電子濃度は、10 16 cm −3 を下回る、項目31に記載の電子デバイス。
(項目33)
電子デバイスであって、Ga 1−x1−y1 Al x1 In y1 N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)の基板と、上記基板の第1の側上のGa 1−x2−y2 Al x2 In y2 N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層と、上記基板の上記第1の側とは反対側の第2の側上の裏側オーミック接点と、上記活性層内の深さを有する空乏領域と、を含み、
(a)上記基板は、10 cm −2 を下回る転位密度を有し、
(b)上記基板は、10 18 cm −3 を上回る酸素濃度を有し
(c)上記活性層は、10 18 cm −3 を下回る酸素濃度を有し、
(d)上記活性層は、上記デバイスの動作範囲内の任意の印加電圧について上記空乏領域の深さを上回る厚さを有する、
電子デバイス。
(項目34)
上記活性層の酸素濃度は、10 16 cm −3 を下回る、項目33に記載の電子デバイス。
(項目35)
上記基板と上記活性層との間にGa 1−x3−y3 Al x3 In y3 N(0≦x3≦1、0≦y3≦1)の遷移層をさらに含み、上記遷移層は、気相エピタキシによって成長させられる、項目31〜34のいずれかに記載の電子デバイス。
(項目36)
電子デバイスであって、Ga 1−x1−y1 Al x1 In y1 N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)の基板と、上記基板の第1の側上のGa 1−x2−y2 Al x2 In y2 N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層と、上記基板の上記第1の側とは反対側の第2の側上の裏側オーミック接点と、上記活性層内の深さを有する空乏領域と、Ga 1−x3−y3 Al x3 In y3 N(0≦x3≦1,0≦y3≦1)の遷移層と、を含み、
(a)上記基板は、10 cm −2 を下回る転位密度を有し、
(b)上記基板は、10 18 cm −3 を上回る酸素濃度または電子濃度を有し、
(c)上記活性層は、10 18 cm −3 を下回る酸素濃度または電子濃度を有し、
(d)上記活性層および上記遷移層は、上記デバイスの上記動作範囲内の任意の印加電圧について上記空乏領域の深さを上回る合計厚さを有する、
電子デバイス。
(項目37)
上記活性層の酸素濃度は、10 16 cm −3 を下回る、項目36に記載の電子デバイス。
(項目38)
上記活性層の電子濃度は、10 16 cm −3 を下回る、項目36または項目37に記載の電子デバイス。
(項目39)
上記活性層は、上記空乏領域の深さより厚い、項目36〜38のいずれかに記載の電子デバイス。
(項目40)
上記空乏領域は、上記遷移層内に延在する、項目36〜38のいずれかに記載の電子デバイス。
(項目41)
上記遷移層は、上記遷移層および上記基板の間の界面ならびに上記遷移層および上記活性層の間の界面で格子整合が実現されるように、成長方向に沿って変化する不純物濃度または合金組成を有する、項目35〜40のいずれかに記載の電子デバイス。
(項目42)
上記遷移層は、上記基板と上記遷移層との間の界面に作られた割れを埋めるのに十分厚い、項目35〜41のいずれかに記載の電子デバイス。
(項目43)
上記遷移層は、上記基板に含まれる不純物の拡散を防止する不純物でドープされる、項目35〜42のいずれかに記載の電子デバイス。
(項目44)
上記基板は、超臨界アンモニア中で成長させられたGa 1−x1−y1 Al x1 In y1 N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)のバルク結晶から作製されたウエハで作られる、項目31〜43のいずれかに記載の電子デバイス。
(項目45)
上記基板は、約10 16 cm −3 を上回る濃度のナトリウムを含有し、上記活性層は、上記基板の少なくとも100倍少ないナトリウム濃度を有する、項目31〜44のいずれかに記載の電子デバイス。
(項目46)
上記活性層は、気相エピタキシにより成長させられる、項目31〜45のいずれかに記載の電子デバイス。
(項目47)
上記ウエハは、0.1度を上回り5度を下回るミスカットを伴うc平面ウエハである、項目31〜46のいずれかに記載の電子デバイス。
(項目48)
上記空乏領域は、隣接するショットキー接点または隣接するpn接合を有する、項目31〜47のいずれかに記載の電子デバイス。
(項目49)
上記空乏領域は、ショットキー接点または金属−絶縁体−半導体構造を有し、
(a)上記基板と上記活性層との間の電流ブロック層であって、電流開口を有する電流ブロック層と、
(b)上記ショットキー接点または上記金属−絶縁体−半導体構造に隣接する表側オーミック接点と、をさらに含み、
上記表側オーミック接点および上記ショットキー接点もしくは上記金属−絶縁体−半導体構造は、上記表側オーミック接点および上記ショットキー接点にわたって印加された電圧により上記表側オーミック接点から上記裏側オーミック接点までを通る電流を規制するように配置される、
項目31〜47のいずれかに記載の電子デバイス。
(項目50)
上記電流ブロック層は、二酸化ケイ素を含む、項目49に記載の電子デバイス。
(項目51)
上記電流ブロック層は、ガスを含む、項目49に記載の電子デバイス。
(項目52)
上記ガスは、空気である、項目51に記載の電子デバイス。
(項目53)
上記電流ブロック層は、p型または半絶縁性のGa 1−x−y Al In N(0≦x≦1、0≦y≦1)を含む、項目49に記載の電子デバイス。
(項目54)
上記表側オーミック接点の下に高電子濃度領域をさらに含む、項目49〜53のいずれかに記載の電子デバイス。
(項目55)
上記空乏領域がpn接合を有し、バイポーラトランジスタを形成する付加的なn型半導体を上記pn接合上にさらに含む、項目31〜47のいずれかに記載の電子デバイス。
(項目56)
電子デバイスを作製する方法であって、
(a)超臨界アンモニア中で成長させられたGa 1−x1−y1 Al x1 In y1 N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)のバルク結晶からスライスされたGa 1−x1−y1 Al x1 In y1 N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)の基板の第1の側上にGa 1−x2−y2 Al x2 In y2 N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層を気相エピタキシで成長させるステップと、
(b)上記基板の第2の側上にオーミック接点を形成するステップと、
(c)上記活性層上にショットキー接点、金属−絶縁体−半導体構造、またはp型半導体を形成するステップと、
を含み、
(d)上記基板は、10 cm −2 を下回る転位密度を有し、
(e)上記基板は、10 18 cm −3 を上回る電子濃度を有し、
(f)上記活性層は、10 18 cm −3 を下回る電子濃度を有し、
(g)上記活性層は、上記デバイスの動作範囲内の任意の印加電圧について空乏領域の厚さを上回る厚さを有する、方法。
(項目57)
上記活性層の電子濃度は、10 16 cm −3 を下回る、項目56に記載の方法。
(項目58)
電子デバイスの作製方法であって、
(a)超臨界アンモニア中で成長させられたGa 1−x1−y1 Al x1 In y1 N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)のバルク結晶からスライスされたGa 1−x1−y1 Al x1 In y1 N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)の基板の第1の側上にGa 1−x2−y2 Al x2 In y2 N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層を気相エピタキシで成長させるステップと、
(b)上記基板の第2の側上にオーミック接点を形成するステップと、
(c)上記活性層上にショットキー接点、金属−絶縁体−半導体構造、またはp型半導体を形成するステップと、
を含み、
(d)上記基板は、10 cm −2 を下回る転位密度を有し、
(e)上記基板は、10 18 cm −3 を上回る酸素濃度を有し、
(f)上記活性層は、10 18 cm −3 を下回る酸素濃度を有し、
(g)上記活性層は、上記デバイスの動作範囲内の任意の印加電圧について空乏領域の厚さを上回る厚さを有する、方法。
(項目59)
上記活性層の酸素濃度は、10 16 cm −3 を下回る、項目58に記載の方法。
(項目60)
ステップ(a)は、上記基板と上記活性層との間におけるGa 1−x3−y3 Al x3 In y3 N(0≦x3≦1、0≦y3≦1)の遷移層の成長を含む、項目56〜59のいずれかに記載の電子デバイスの作製方法。
(項目61)
上記活性層を成長させるステップの前に、
(a)上記基板の上記第1の側上に誘電体層を形成するステップと、
(b)上記基板の上記第1の側の一部を露出するように上記誘電体層内に孔を形成するステップと、
をさらに含み、上記ショットキー接点、金属−絶縁体−半導体構造、またはp型半導体は、上記誘電体層の上記孔の上に形成される、
項目56〜60のいずれかに記載の電子デバイスの作製方法。
(項目62)
上記誘電体層は、二酸化ケイ素を含む、項目61に記載の電子デバイスの作製方法。
(項目63)
上記遷移層および/または上記活性層は、上記層の材料を上記誘電体層の上記孔内およびその後側方に選択的に堆積する気相エピタキシを用いて形成される、項目61または項目62に記載の電子デバイスの作製方法。
(項目64)
側方に堆積される上記材料は、上記活性層が連続膜を形成するように上記基板上の隣接するデバイスに延在する、項目63に記載の電子デバイスの作製方法。
(項目65)
側方に堆積される上記材料は、上記活性層が不連続膜を形成するように上記基板上の隣接するデバイスに延在しない、項目63に記載の電子デバイスの作製方法。
(項目66)
x1=x2=x3=0およびy1=y2=y3=0である、上記項目のいずれかに記載の発明。
These substrates, wafers, devices, and methods are provided as examples and are not limiting.
This specification provides, for example, the following.
(Item 1)
An epitaxial multilayer wafer for manufacturing an electronic device, comprising: (i) a Ga 1-x 1-y 1 Al x 1 In y 1 N ( 1) having a first side and a second side opposite to the first side Ga 1-x2-y 2 Al x 2 In y 2 N (wherein 0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1) and (ii) the first side of the group III nitride substrate An active layer of 0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1),
(A) The dislocation density of the group III nitride substrate is less than 10 5 cm −2 ,
(B) the group III nitride substrate has an electron density greater than 10 18 cm -3,
(C) the III-nitride substrate is made from bulk crystals grown in supercritical ammonia Ga 1-x1-y1 Al x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1) ,
(D) The active layer is an epitaxially deposited layer having an electron concentration below 10 18 cm −3 ,
(E) The active layer is fabricated after fabricating the electronic device with a first electrode on the first side of the wafer and a second electrode on the second side of the wafer. The depletion region formed in the active layer has a thickness large enough to be outside the substrate
Epitaxial multilayer wafer.
(Item 2)
The epitaxial multilayer wafer according to claim 1, wherein the active layer has an electron concentration of less than 10 16 cm −3 .
(Item 3)
An epitaxial multilayer wafer for manufacturing an electronic device, comprising: (i) a Ga 1-x 1-y 1 Al x 1 In y 1 N ( 1) having a first side and a second side opposite to the first side Ga 1-x2-y 2 Al x 2 In y 2 N (wherein 0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1) and (ii) the first side of the group III nitride substrate An active layer of 0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1),
(A) The dislocation density of the group III nitride substrate is less than 10 5 cm −2 ,
(B) the group III nitride substrate has an electron density greater than 10 18 cm -3,
(C) the III-nitride substrate is made from bulk crystals grown in supercritical ammonia Ga 1-x1-y1 Al x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1) ,
(D) The active layer is an epitaxially deposited layer having an oxygen concentration below 10 18 cm −3 ,
(E) The active layer is fabricated after fabricating the electronic device with a first electrode on the first side of the wafer and a second electrode on the second side of the wafer. The depletion region formed in the active layer has a sufficient thickness to be outside the substrate
Epitaxial multilayer wafer.
(Item 4)
The epitaxial multilayer wafer according to claim 3 , wherein the active layer has an oxygen concentration of less than 10 16 cm −3 .
(Item 5)
5. An epitaxial multilayer wafer according to any of items 1 to 4, wherein the thickness of the active layer is greater than 5 microns.
(Item 6)
Further comprising a transition layer of Ga 1-x3-y3 Al x3 In y3 N (0 ≦ x3 ≦ 1,0 ≦ y3 ≦ 1) between the substrate and the active layer, a first side of the transition layer A crystal lattice matching the crystal lattice on the first side of the substrate, and a second side of the transition layer having a crystal lattice matching the crystal lattice on the first side of the active layer, The epitaxial multilayer wafer according to any one of Items 1 to 5.
(Item 7)
7. An epitaxial multilayer wafer according to item 6, wherein the transition layer is grown by vapor phase epitaxy.
(Item 8)
An epitaxial multilayer wafer according to item 6 or 7, wherein said transition layer is of sufficient thickness to fill the cracks formed at the interface between said substrate and said transition layer.
(Item 9)
The epitaxial multilayer wafer according to any one of Items 6 to 8, wherein the depletion zone extends into the transition layer.
(Item 10)
9. The epitaxial multilayer wafer according to any one of Items 6 to 8, wherein the active layer is thicker than the depletion zone.
(Item 11)
11. The epitaxial multilayer wafer according to any one of items 6 to 10, wherein the transition layer is doped with an impurity that prevents diffusion of an impurity contained in the substrate.
(Item 12)
12. The epitaxial multilayer wafer according to any one of items 1 to 11, further comprising a current blocking layer between the group III nitride substrate and the active layer.
(Item 13)
The epitaxial multilayer wafer according to any one of items 1 to 12 , wherein the active layer has a dislocation density of less than 10 5 cm −2 .
(Item 14)
The substrate has a sodium concentration greater than 10 16 cm -3, the active layer contains at least 100 times less sodium than the substrate, an epitaxial multilayer wafer according to any of items 1 to 13.
(Item 15)
15. The epitaxial multilayer wafer of any of items 1-14, wherein the substrate is c-plane with a miscut greater than 0.1 degrees and less than 5 degrees.
(Item 16)
An electronic device, comprising: the multilayer wafer according to any one of items 1 to 15; and the electrode forming the depletion region outside the group III nitride wafer above the operating range of the electronic device. device.
(Item 17)
A method of making a multilayer wafer, which is formed by ammonothermal method and has a second side opposite to the first side Ga 1-x1-y1 Al x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1, 0) a ≦ y1 ≦ 1) of the substrate of the first side on, epitaxially deposited an active layer of Ga 1-x2-y2 Al x2 in y2 N (0 ≦ x2 ≦ 1,0 ≦ y2 ≦ 1) from the gas phase After making the electronic device with a first electrode on the first side of the wafer and a second electrode on the second side of the wafer. in the depletion region formed in said active layer has a thickness large enough to be outside of the substrate, the substrate has an oxygen concentration greater than 10 18 cm -3, the gas-phase It is to provide an oxygen concentration below 10 18 cm -3 in the active layer It has a sufficiently low concentration of oxygen, methods.
(Item 18)
The gas phase has a sufficiently low concentration of oxygen to provide oxygen concentrations below 10 16 cm -3 in the active layer, The method of claim 17.
(Item 19)
A method of making a multilayer wafer, which is formed by ammonothermal method and has a second side on the opposite side of the first side Ga 1 -x 1 -y 1 Al x 1 In y 1 N (0 ≦ x 1 ≦ 1, 0 a ≦ y1 ≦ 1) of the substrate of the first side on, epitaxially deposited an active layer of Ga 1-x2-y2 Al x2 in y2 N (0 ≦ x2 ≦ 1,0 ≦ y2 ≦ 1) from the gas phase After making the electronic device with a first electrode on the first side of the wafer and a second electrode on the second side of the wafer. in the depletion region formed in said active layer has a sufficient thickness that the outer side of the substrate, the substrate has an oxygen concentration greater than 10 18 cm -3, the active layer 10 sufficient electron density below 18 cm -3 to provide the active layer Low density has an electron donor, a method.
(Item 20)
The active layer, the electron concentration below 10 16 cm -3 with an electron donor sufficiently low concentration to provide the active layer, The method of claim 19.
(Item 21)
21. The method of any of items 17-20, wherein the active layer is deposited to a thickness of at least about 5 microns.
(Item 22)
The first surface of the transition layer is aligned with the crystal lattice of the first side of the substrate during the deposition step, and the second opposite surface of the transition layer is activated upon completion of the transition layer deposition step. to be consistent with the first side the crystal lattice of the layer, while varying the concentration and / or deposition conditions of the reactants, Ga 1-x3-y3 Al x3 in y3 N (0 ≦ x3 ≦ 1,0 ≦ y3 22. A method according to any of items 17-21, further comprising epitaxially depositing a transition layer of ≦ 1).
(Item 23)
An additional amount of the transition layer such that the transition layer cracks during the deposition step and the method fills the cracks in the transition layer such that the second surface of the transition layer does not have a crack. A method according to item 22, further comprising the step of depositing
(Item 24)
22. A method according to item 22 or 23, wherein the active layer is deposited to a thickness such that the depletion zone extends in part of the transition layer.
(Item 25)
25. A method according to item 24, wherein the depletion zone ends before reaching a crack in the transition layer.
(Item 26)
26. A method according to any of items 22-25, wherein the transition layer is doped with an impurity which prevents the diffusion of impurities contained in the substrate.
(Item 27)
27. A method according to any of items 17 to 26, further comprising the step of depositing a current blocking layer between said III-nitride substrate and said active layer.
(Item 28)
The active layer has a sodium concentration sufficiently low that the active layer contains at least 100 times less sodium than the substrate, and the substrate contains sodium at a concentration greater than 10 16 cm −3. The method in any one of 17-27.
(Item 29)
A method according to any of items 17 to 28, wherein the first side of the substrate is miscut by more than 0.1 degrees and less than 5 degrees with respect to the c-plane.
(Item 30)
30. A method according to any of items 17-29, further comprising the step of providing the electrode.
(Item 31)
An electronic device, Ga 1-x1-y1 Al x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1) and the substrate, Ga 1-x2-y2 Al on the first side of the substrate An active layer of x 2 In y 2 N (0 ≦ x 2 ≦ 1, 0 ≦ y 2 ≦ 1), a back side ohmic contact on the second side opposite to the first side of the substrate, and the active layer And a depletion region having a depth
(A) The substrate has a dislocation density of less than 10 5 cm -2
(B) the substrate has an electron concentration greater than 10 18 cm −3 ,
(C) The active layer has an electron concentration below 10 18 cm −3 ,
(D) the active layer has a thickness which exceeds the depth of the depletion region for any applied voltage within the operating range of the device;
Electronic device.
(Item 32)
The electronic device according to Item 31, wherein the electron concentration of the active layer is less than 10 16 cm −3 .
(Item 33)
An electronic device, Ga 1-x1-y1 Al x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1) and the substrate, Ga 1-x2-y2 Al on the first side of the substrate An active layer of x 2 In y 2 N (0 ≦ x 2 ≦ 1, 0 ≦ y 2 ≦ 1), a back side ohmic contact on the second side opposite to the first side of the substrate, and the active layer And a depletion region having a depth of
(A) The substrate has a dislocation density below 10 5 cm −2 ,
(B) The substrate has an oxygen concentration greater than 10 18 cm -3
(C) the active layer has an oxygen concentration below 10 18 cm −3 ,
(D) the active layer has a thickness which exceeds the depth of the depletion region for any applied voltage within the operating range of the device;
Electronic device.
(Item 34)
34. The electronic device according to item 33, wherein the oxygen concentration of the active layer is less than 10 16 cm −3 .
(Item 35)
Further comprising a transition layer of Ga 1-x3-y3 Al x3 In y3 N (0 ≦ x3 ≦ 1,0 ≦ y3 ≦ 1) between the substrate and the active layer, the transition layer by vapor phase epitaxy The electronic device according to any of items 31 to 34, which is grown.
(Item 36)
An electronic device, Ga 1-x1-y1 Al x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1) and the substrate, Ga 1-x2-y2 Al on the first side of the substrate An active layer of x 2 In y 2 N (0 ≦ x 2 ≦ 1, 0 ≦ y 2 ≦ 1), a back side ohmic contact on the second side opposite to the first side of the substrate, and the active layer wherein the a depletion region having a depth, a transition layer of Ga 1-x3-y3 Al x3 in y3 N (0 ≦ x3 ≦ 1,0 ≦ y3 ≦ 1), a,
(A) The substrate has a dislocation density below 10 5 cm −2 ,
(B) the substrate has an oxygen concentration or an electron concentration of more than 10 18 cm −3 ;
(C) the active layer has an oxygen concentration or an electron concentration below 10 18 cm −3 ,
(D) the active layer and the transition layer have a total thickness which exceeds the depth of the depletion region for any applied voltage within the operating range of the device
Electronic device.
(Item 37)
The electronic device according to Item 36, wherein the oxygen concentration of the active layer is less than 10 16 cm −3 .
(Item 38)
The electronic device according to Item 36 or 37, wherein the electron concentration of the active layer is less than 10 16 cm −3 .
(Item 39)
The electronic device according to any one of items 36 to 38, wherein the active layer is thicker than the depth of the depletion region.
(Item 40)
39. Electronic device according to any of items 36 to 38, wherein the depletion region extends into the transition layer.
(Item 41)
The transition layer has a varying impurity concentration or alloy composition along the growth direction such that lattice matching is achieved at the interface between the transition layer and the substrate and at the interface between the transition layer and the active layer. The electronic device according to any one of Items 35 to 40.
(Item 42)
42. An electronic device according to any of items 35-41, wherein the transition layer is thick enough to fill in the cracks made at the interface between the substrate and the transition layer.
(Item 43)
44. Electronic device according to any of items 35 to 42, wherein the transition layer is doped with an impurity which prevents the diffusion of the impurities comprised in the substrate.
(Item 44)
The substrate is made of a wafer made of bulk crystals of Ga 1-x 1-y 1 Al x 1 In y 1 N (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1) grown in supercritical ammonia. The electronic device in any one of 31-43.
(Item 45)
The substrate contains a sodium concentration greater than about 10 16 cm -3, the active layer has at least 100-fold less sodium concentration of the substrate, an electronic device according to any of items 31 to 44.
(Item 46)
46. An electronic device according to any of items 31 to 45, wherein the active layer is grown by vapor phase epitaxy.
(Item 47)
36. The electronic device of any of items 31-46, wherein the wafer is a c-plane wafer with a miscut greater than 0.1 degrees and less than 5 degrees.
(Item 48)
46. An electronic device according to any of items 31 to 47, wherein the depletion region comprises an adjacent Schottky contact or an adjacent pn junction.
(Item 49)
The depletion region has a Schottky contact or a metal-insulator-semiconductor structure,
(A) a current blocking layer between the substrate and the active layer, the current blocking layer having a current opening;
(B) further comprising a front side ohmic contact adjacent to the Schottky contact or the metal-insulator-semiconductor structure;
The front ohmic contact and the Schottky contact or the metal-insulator-semiconductor structure regulate the current passing from the front ohmic contact to the back ohmic contact by the voltage applied across the front ohmic contact and the Schottky contact. Be arranged to
The electronic device according to any one of items 31 to 47.
(Item 50)
The electronic device according to item 49, wherein the current blocking layer comprises silicon dioxide.
(Item 51)
The electronic device according to item 49, wherein the current blocking layer comprises a gas.
(Item 52)
The electronic device according to item 51, wherein the gas is air.
(Item 53)
The electronic device according to the current blocking layer, the p-type or semi-insulating Ga 1-x-y Al x In y N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) including, item 49.
(Item 54)
54. An electronic device according to any of the items 49-53, further comprising a high electron concentration region under the front side ohmic contact.
(Item 55)
60. An electronic device according to any of items 31 to 47, wherein the depletion region comprises a pn junction and further comprising an additional n-type semiconductor on the pn junction forming a bipolar transistor.
(Item 56)
A method of making an electronic device, comprising
(A) the supercritical ammonia-Ga 1-x1-y1 grown in Al x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1) was sliced from the bulk crystal Ga 1-x1-y1 Al Ga 1-x2-y 2 Al x 2 In y 2 N (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1) on the first side of the substrate of x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1) Growing the active layer of Si by vapor phase epitaxy;
(B) forming an ohmic contact on the second side of the substrate;
(C) forming a Schottky contact, a metal-insulator-semiconductor structure, or a p-type semiconductor on the active layer;
Including
(D) The substrate has a dislocation density below 10 5 cm −2 ,
(E) the substrate has an electron concentration greater than 10 18 cm -3 ,
(F) the active layer has an electron concentration below 10 18 cm −3 ,
(G) The method wherein the active layer has a thickness that exceeds the thickness of the depletion region for any applied voltage within the operating range of the device.
(Item 57)
56. The method according to item 56, wherein the electron concentration of the active layer is less than 10 16 cm −3 .
(Item 58)
A method of manufacturing an electronic device,
(A) the supercritical ammonia-Ga 1-x1-y1 grown in Al x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1) was sliced from the bulk crystal Ga 1-x1-y1 Al Ga 1-x2-y 2 Al x 2 In y 2 N (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1) on the first side of the substrate of x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1) Growing the active layer of Si by vapor phase epitaxy;
(B) forming an ohmic contact on the second side of the substrate;
(C) forming a Schottky contact, a metal-insulator-semiconductor structure, or a p-type semiconductor on the active layer;
Including
(D) The substrate has a dislocation density below 10 5 cm −2 ,
(E) The substrate has an oxygen concentration of more than 10 18 cm −3 ,
(F) the active layer has an oxygen concentration below 10 18 cm −3 ,
(G) The method wherein the active layer has a thickness that exceeds the thickness of the depletion region for any applied voltage within the operating range of the device.
(Item 59)
59. The method according to item 58, wherein the oxygen concentration of the active layer is less than 10 16 cm −3 .
(Item 60)
Step (a) comprises the growth of the transition layer of Ga 1-x3-y3 Al x3 In y3 N (0 ≦ x3 ≦ 1,0 ≦ y3 ≦ 1) between the substrate and the active layer, item 56 The manufacturing method of the electronic device in any one of -59.
(Item 61)
Before the step of growing the active layer
(A) forming a dielectric layer on the first side of the substrate;
(B) forming a hole in the dielectric layer to expose a portion of the first side of the substrate;
And the Schottky contact, metal-insulator-semiconductor structure, or p-type semiconductor is formed over the holes of the dielectric layer,
The manufacturing method of the electronic device in any one of claim 56-60.
(Item 62)
76. A method of making an electronic device according to item 61, wherein the dielectric layer comprises silicon dioxide.
(Item 63)
Item 61 or 62, wherein the transition layer and / or the active layer is formed using vapor phase epitaxy which selectively deposits the material of the layer into the pores and to the side of the dielectric layer. The manufacturing method of the electronic device as described.
(Item 64)
63. A method of making an electronic device according to item 63, wherein the laterally deposited material extends to adjacent devices on the substrate such that the active layer forms a continuous film.
(Item 65)
63. A method of making an electronic device according to item 63, wherein the material deposited laterally does not extend to adjacent devices on the substrate such that the active layer forms a discontinuous film.
(Item 66)
The invention according to any of the above items, wherein x1 = x2 = x3 = 0 and y1 = y2 = y3 = 0.

ここで図面を参照するが、同類の参照番号は、全体を通して対応する部分を示す。   Reference is now made to the drawings, where like reference numerals indicate corresponding parts throughout.

図1は、III族窒化物を用いた電子デバイスの1つの実施例である。図中、各番号は以下を表す。 1.裏側オーミック接点 2.基板 3.活性層 4.ショットキー接点FIG. 1 is an example of an electronic device using group III nitrides. In the figure, each number represents the following. 1. Backside ohmic contact 2. Substrate 3. Active layer 4. Schottky contact 図2は、III族窒化物を用いた電子デバイスの1つの実施例である。図中、各番号は以下を表す。 1.裏側オーミック接点 2.基板 3.活性層 4.ショットキー接点 5.遷移層FIG. 2 is an example of an electronic device using a group III nitride. In the figure, each number represents the following. 1. Backside ohmic contact 2. Substrate 3. Active layer 4. Schottky contact 5. Transition layer 図3は、III族窒化物を用いた電子デバイスの1つの実施例である。図中、各番号は以下を表す。 1.裏側オーミック接点 2.基板 3.高純度・低キャリア濃度活性層 4.ショットキー接点 5.遷移層 6.電流ブロック層 7.高電子濃度領域 8.表側オーミック接点FIG. 3 is an example of an electronic device using a group III nitride. In the figure, each number represents the following. 1. Backside ohmic contact 2. Substrate 3. High purity, low carrier concentration active layer 4. Schottky contact 5. Transition layer 6. Current blocking layer 7. High electron concentration region Front side ohmic contact 図4は、III族窒化物を用いた電子デバイスの1つの実施例である。図中、各番号は以下を表す。 1.裏側オーミック接点 2.基板 3.高純度・低キャリア濃度活性層 4.ショットキー接点 5.遷移層 6.電流ブロック層 7.高電子濃度領域 8.表側オーミック接点FIG. 4 is an example of an electronic device using a group III nitride. In the figure, each number represents the following. 1. Backside ohmic contact 2. Substrate 3. High purity, low carrier concentration active layer 4. Schottky contact 5. Transition layer 6. Current blocking layer 7. High electron concentration region Front side ohmic contact 図5A〜5Gは、III族窒化物を用いた電子デバイスの作製プロセスの1つの実施例である。図中、各番号は以下を表す。 9.超臨界アンモニア中で成長させられたGa1−x−yAlInN(0≦x≦1、0≦y≦1)のバルク結晶からスライスされたGa1−x−yAlInN(0≦x≦1、0≦y≦1)の基板 10.電流ブロック層 10a.電流ブロック層の孔 11.電流ブロック層の孔内に成長させられた遷移層 12.高純度・低キャリア濃度活性層 13.高電子濃度層 13a.高電子濃度層内の窓 14.裏側オーミック接点 15.表側オーミック接点 16.ショットキー接点 17.ダイカット後の個々の電子デバイス5A-5G are one example of a process of making an electronic device using a group III nitride. In the figure, each number represents the following. 9. Ga grown in supercritical ammonia 1-x-y Al x In y N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) Ga 1-x-y Al were sliced from bulk crystals of x In y Substrate of N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) Current blocking layer 10a. Holes in current blocking layer 11. Transition layer grown in the holes of the current blocking layer High purity, low carrier concentration active layer 13. High electron concentration layer 13a. Window in high electron concentration layer 14. Backside ohmic contact 15. Front side ohmic contact 16. Schottky contact 17. Individual electronic devices after die cutting 図6A〜6Gは、III族窒化物を用いた電子デバイスの作製プロセスの1つの実施例である。図中、各番号は以下を表す。 9.超臨界アンモニア中で成長した、Ga1−x−yAlInN(0≦x≦1、0≦y≦1)のバルク結晶からスライスされたGa1−x−yAlInN(0≦x≦1、0≦y≦1)の基板 10.電流ブロック層 10a.電流ブロック層の孔 11.電流ブロック層の孔内に成長させられた遷移層 12.高純度・低キャリア濃度活性層 13.高電子濃度層 13a.高電子濃度層内の窓 14.裏側オーミック接点 15.表側オーミック接点 16.ショットキー接点 17.ダイカット後の個々の電子デバイス6A-6G are one example of a process for making an electronic device using III-nitrides. In the figure, each number represents the following. 9. Grown in supercritical ammonia, Ga 1-x-y Al x In y N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) Ga 1-x-y Al were sliced from bulk crystals of x an In y N Substrate of (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) Current blocking layer 10a. Holes in current blocking layer 11. Transition layer grown in the holes of the current blocking layer High purity, low carrier concentration active layer 13. High electron concentration layer 13a. Window in high electron concentration layer 14. Backside ohmic contact 15. Front side ohmic contact 16. Schottky contact 17. Individual electronic devices after die cutting

(概要)
高い降伏電圧を低いオン抵抗とともに得るため、本発明は、アモノサーマル法で成長させられたGa1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)のバルク結晶からスライスされたGa1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)のIII族窒化物基板を利用する。典型的な半導体デバイス作製法では、多くのデバイスが1つのウエハ上に作製され、その後、ダイシング、劈開、または他の方法によって各デバイスに分離される。いずれの場合も、1つのデバイスは、1つのウエハから作製され、基板は、全ウエハであり得る。1つの例では、III族窒化物基板の転位密度は、10cm−2を下回り、基板の電子濃度は、1018cm−3を上回る。別の例では、基板の転位密度は、10cm−2を下回り、基板の酸素またはシリコン濃度は、1018cm−3あたり1原子を上回る。この場合、酸素またはシリコンは、電子の主要ドナーであり得る。アモノサーマル成長によるGa1−x−yAlInN(0≦x≦1、0≦y≦1)基板の高電子濃度を活用することにより、低いオン抵抗を達成することができる。
(Overview)
In order to obtain high breakdown voltage with low on-resistance, the present invention provides a bulk of Ga 1-x 1-y 1 Al x 1 In y 1 N (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1) grown by ammonothermal method utilizing a group III nitride substrate sliced from a crystal Ga 1-x1-y1 Al x1 in y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1). In a typical semiconductor device fabrication method, many devices are fabricated on one wafer and then separated into each device by dicing, cleaving or other methods. In any case, one device is fabricated from one wafer, and the substrate can be the entire wafer. In one example, the dislocation density of the III-nitride substrate is below 10 5 cm −2 and the electron concentration of the substrate is above 10 18 cm −3 . In another example, the dislocation density of the substrate is below 10 5 cm -2 and the oxygen or silicon concentration of the substrate is above 1 atom per 10 18 cm -3 . In this case, oxygen or silicon may be the main donor of electrons. Low on-resistance can be achieved by utilizing the high electron concentration of the Ga 1 -xy Al x In y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) substrate by ammonothermal growth.

III族窒化物基板は、アモノサーマル法を用いて、Ga1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)の1つまたはそれを上回るバルク結晶を成長させることにより形成され得る。結晶は、当業者に公知または上に掲載した概して関連する任意の特許出願に記載されるように、高圧反応器内で酸性、塩基性、または中性条件のもとに成長させられ得る。酸素および/またはシリコン等の電子ドナーは、高圧反応器の成長チャンバ内に十分な酸素および/またはシリコンを、母材(nutrient)、鉱化剤、シード、アンモニア、および反応器内に置かれた任意のその他所望の材料として導入することにより、アモノサーマル成長の間にバルク結晶中に組み込まれる。酸素は、原料投入の後で反応器から大気を排気するが、しかし所望のレベルの酸素をチャンバ内に提供するように反応器内に十分な量の空気を残すことによって、空気からチャンバ内に導入され得る。酸素はまた、もしくはこれに代えて、例えば、鉱化剤に用いられる元素の酸化物の形態で、反応器チャンバ内に導入され得る。例えば、ナトリウムおよび/またはカリウムは、鉱化剤として使用され得、多くの場合、反応器に添加されるナトリウムおよび/またはカリウムは、酸化した量を有する。鉱化剤からの酸素は、バルク結晶中に特定レベルの酸素濃度を提供するのに十分な量の酸素を供給し得る。シリコンは、例えば、一定量のシランガスを反応器に加えバルク結晶内に特定濃度のシリコンをもたらすことまたは当業者に公知の他の方法を用いることにより、導入され得る。 III nitride substrate using the ammonothermal method, Ga 1-x1-y1 Al x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1) 1 or the growth of bulk crystals above that of It can be formed by The crystals can be grown under acidic, basic or neutral conditions in a high pressure reactor as described in any of the generally related patent applications known to the person skilled in the art or listed above. Electron donors such as oxygen and / or silicon have placed enough oxygen and / or silicon in the growth chamber of the high pressure reactor, in the nutrient, mineralizer, seeds, ammonia, and in the reactor By incorporation as any other desired material, it is incorporated into the bulk crystal during ammonothermal growth. Oxygen exhausts the atmosphere from the reactor after feed input, but from the air into the chamber by leaving a sufficient amount of air in the reactor to provide the desired level of oxygen into the chamber. It can be introduced. Oxygen may also, or alternatively, be introduced into the reactor chamber in the form of oxides of the elements used for mineralizers. For example, sodium and / or potassium can be used as a mineralizer, often the sodium and / or potassium added to the reactor has an oxidized amount. Oxygen from the mineralizer can supply sufficient amount of oxygen to provide a specific level of oxygen concentration in the bulk crystal. Silicon can be introduced, for example, by adding a certain amount of silane gas to the reactor to provide a specific concentration of silicon in the bulk crystal or using other methods known to those skilled in the art.

高純度・低キャリア濃度活性層は、活性層内の不純物レベルおよび電子濃度が低くなるように、基板の第1の側上に気相エピタキシで形成され得る。活性層の成長条件は、基板と活性層との間の界面に転位が新たに生成されないように最適化され得る。最適化は、成長温度、温度傾斜プロファイル、反応ガスまたはソースの導入タイミング、その他当業者に公知の技法を調整するステップを含み得る。このようにして、Ga1−x2−y2Alx2Iny2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)活性層の転位密度は、基板のそれと同じ(すなわち、10cm−2を下回る)レベルであり得る。したがって、活性層の転位密度は、(ウエハ上の電気的デバイスの全ての電極がウエハの1つの側または表面のみに見出され、ウエハの反対側にはデバイスの電極がない)ヘテロエピタキシャルェハ(10cm−2レベル)上に形成された比較可能な水平デバイスの活性層の転位密度より低くあり得る。加えて、気相エピタキシは、アモノサーマル基板のそれよりも低い不純物濃度を達成し得る。したがって、活性層の電子濃度は、1016cm−3よりも低い。活性層の高い構造品質と高純度な性質が、速い電子移動度と高い降伏電圧とを可能にする。 A high purity, low carrier concentration active layer may be formed by vapor phase epitaxy on the first side of the substrate such that the impurity level and electron concentration in the active layer are low. The growth conditions of the active layer can be optimized such that no dislocations are newly generated at the interface between the substrate and the active layer. Optimization may include adjusting the growth temperature, temperature ramp profile, introduction timing of the reaction gas or source, and other techniques known to those skilled in the art. Thus, the dislocation density of the Ga 1-x2-y 2 Al x 2 In y 2 N (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1) active layer is the same as that of the substrate (ie less than 10 5 cm −2 ) Can be. Thus, the dislocation density of the active layer is determined by heteroepitaxy (where all electrodes of the electrical devices on the wafer are found on only one side or surface of the wafer and there are no electrodes of the device on the opposite side of the wafer). It may be lower than the dislocation density of the active layer of a comparable horizontal device formed on (10 9 cm −2 level). In addition, vapor phase epitaxy can achieve lower impurity concentrations than that of ammonothermal substrates. Therefore, the electron concentration of the active layer is lower than 10 16 cm −3 . The high structural quality and high purity properties of the active layer allow for fast electron mobility and high breakdown voltage.

十分な降伏電圧を達成するため、高純度・低キャリア濃度活性層は、例えば、5ミクロン、典型的には10ミクロンを上回る十分な厚さを有する。   In order to achieve a sufficient breakdown voltage, the high purity, low carrier concentration active layer has, for example, a sufficient thickness of 5 microns, typically more than 10 microns.

活性層は、III族窒化物基板よりもかなり低いナトリウムまたは他の鉱化剤の濃度を有し得る。活性層は、例えば、基板中に存在するナトリウムまたは他の鉱化剤の10分の1または100分の1を下回る濃度を有し得る。基板は、約1016cm−3を上回る濃度のナトリウム等の鉱化剤を有し得る。 The active layer may have a much lower concentration of sodium or other mineralizer than the III-nitride substrate. The active layer may, for example, have a concentration that is less than one tenth or one hundredth of sodium or other mineralizer present in the substrate. The substrate can have a mineralizing agent such as sodium at a concentration greater than about 10 < 16 > cm <"3 >.

活性層の構造品質および純度を最大化するため、活性層の成長前に、遷移層が基板上に随意に成長させられ得る。アモノサーマル成長を用いて形成されたGaNまたは他のIII族窒化物基板の格子定数は、気相法で成長させられたGaNまたはIII族窒化物基板の格子定数よりもわずかに大きくてもよい。これは、アモノサーマル成長により形成された基板中の高濃度の不純物および/または電子に起因し得る。したがって、基板と初期に整合する格子定数を有する遷移層を成長させることは役に立ち得る。Ga1−x3−y3Alx3Iny3N(0≦x3≦1、0≦y3≦1)遷移層の合金組成は、活性層に接触するであろう遷移層表面での遷移層の格子定数を次に続く活性層にとって好適にするように、徐々に変更され得る。組成は、例えば、遷移層の結晶構造が、遷移層の1つの表面で基板と、また遷移層の反対側の表面で活性層と良く整合されるよう、成長の間に反応物ガスの流量を変えることで変更され得る。このようにして、活性層の構造品質は、最大化される。 A transition layer may optionally be grown on the substrate prior to growth of the active layer to maximize structural quality and purity of the active layer. The lattice constant of GaN or other III-nitride substrate formed using ammonothermal growth may be slightly larger than the lattice constant of vapor-grown GaN or III-nitride substrate . This can be attributed to the high concentration of impurities and / or electrons in the substrate formed by ammonothermal growth. Thus, it may be useful to grow a transition layer having a lattice constant that is initially matched to the substrate. The alloy composition of the Ga 1-x 3-y 3 Al x 3 In y 3 N (0 ≦ x3 ≦ 1, 0 ≦ y3 ≦ 1) transition layer is the lattice constant of the transition layer at the transition layer surface that will contact the active layer. It can be gradually changed to be suitable for the subsequent active layer. The composition, for example, the flow rate of reactant gases during growth so that the crystal structure of the transition layer is well matched to the substrate on one surface of the transition layer and to the active layer on the opposite surface of the transition layer. It can be changed by changing it. In this way, the structural quality of the active layer is maximized.

アモノサーマル基板の格子定数または格子湾曲が過大なとき、気相エピタキシで成長させられたGa1−x3−y3Alx3Iny3N(0≦x3≦1、0≦y3≦1)遷移層は、時として割れる。しかしながら、これらの割れは、層成長の間の観察に基づきまたは以前の行程の間に形成された遷移層の観察から、成長を促進し割れを充填するよう、成長温度、温度傾斜プロファイル、および/または反応ガスもしくはソースの導入タイミングを変えることにより、材料をさらに成長させることで、埋められ得る。活性層は、割れによる損傷が全て修復された後に成長させられ得る。 When the lattice constant or lattice curvature of the ammonothermal substrate is excessive, the Ga 1-x3-y3 Al x3 In y3 N (0 ≦ x3 ≦ 1, 0 ≦ y3 ≦ 1) transition layer grown by vapor phase epitaxy Break as time. However, these cracks are based on the observations during layer growth or from the observation of the transition layer formed during the previous step, to promote growth and fill the cracks, growth temperature, temperature gradient profile, and / or Alternatively, the material can be buried by further growing the material by changing the introduction timing of the reaction gas or source. The active layer can be grown after all the fracture damage has been repaired.

遷移層はまた、III族窒化物基板から活性層への不純物の潜在的な拡散を防止するために用いられ得る。特に、基板中のナトリウムは、作製プロセスまたはデバイス動作の間に活性層中に拡散し得る。遷移層中のシリコンおよびマグネシウム等の適切なドーパントは、そのような拡散を阻止し得る。   The transition layer can also be used to prevent the potential diffusion of impurities from the III-nitride substrate to the active layer. In particular, sodium in the substrate can diffuse into the active layer during the fabrication process or device operation. Suitable dopants such as silicon and magnesium in the transition layer can block such diffusion.

遷移層を有するIII族窒化物基板を使用する代わりに、その内容が以下に完全に記載されるように参照により組み込まれる米国特許出願第2006/0057749A1号に開示されるテンプレート型ウエハを使用することもできる。テンプレートの目的は、高純度・低キャリア濃度活性層のエピタキシャル成長の間に、ウエハの結晶品質(すなわち、転位/欠陥密度)を維持することにある。   Instead of using a III-nitride substrate having a transition layer, use the template-type wafer disclosed in US Patent Application No. 2006/0057749 A1, the contents of which are incorporated by reference as described fully below. You can also. The purpose of the template is to maintain the crystal quality (ie dislocation / defect density) of the wafer during epitaxial growth of high purity, low carrier concentration active layers.

遷移層が活性層の一部であり得ることは留意に値する。活性層が、例えば、成長温度、圧力、および/または反応物の流量を変えるステップ等、2つまたはそれを上回るステップで成長させられる場合、活性層の基板に近い部分は、活性層の一部が遷移層として機能するように、基板の格子定数とより密接に整合する格子定数を有するであろう。   It is worth noting that the transition layer can be part of the active layer. If the active layer is grown in two or more steps, such as, for example, changing the growth temperature, pressure, and / or reactant flow rates, the portion of the active layer closer to the substrate is a portion of the active layer Will have a lattice constant that more closely matches the lattice constant of the substrate to function as a transition layer.

デバイスは、活性層中に空乏領域を有する。ショットキー接点、金属絶縁体半導体構造、またはpn接合等の構造体は、デバイスが電子デバイスとして機能するように、活性層中の空乏領域から電荷キャリアを消耗させる。構造体は、ショットキー接点、金属−絶縁体−半導体構造またはpn接合であり得る。いずれの場合も、そのような構造体の形成は、半導体活性層の表面が高い品質を有することを必要とする。ショットキー接点が活性層上に作られ、1つのオーミック接点が基板の裏側に作られたとき、デバイスは、ショットキーダイオードとして機能し得る。付加的なオーミック接点が、電流ブロック領域および低抵抗接点領域とともに活性層上に作られた場合、デバイスは、金属−半導体電界効果トランジスタ(MESFET)であり得る。MESFETのショットキー接点は、金属−絶縁体−半導体構造で置き換えられ得る。p型半導体が活性層上に形成されるとき、デバイスは、p−nダイオードであり得る。p型半導体上に付加的なn型半導体が付くと、デバイスは、バイポーラトランジスタであり得る。これらのn−p−n構造にヘテロ接合を使用することができる(ヘテロバイポーラトランジスタ:HBT)。これらのデバイスは全て垂直構成を有するので、これらは、高電流動作に好適である。
(本発明の技術的記述)
The device has a depletion region in the active layer. Structures such as Schottky contacts, metal insulator semiconductor structures, or pn junctions deplete charge carriers from the depletion region in the active layer so that the device functions as an electronic device. The structure may be a Schottky contact, a metal-insulator-semiconductor structure or a pn junction. In any case, the formation of such a structure requires that the surface of the semiconductor active layer have a high quality. The device can function as a Schottky diode when a Schottky contact is made on the active layer and one ohmic contact is made on the back side of the substrate. The device may be a metal-semiconductor field effect transistor (MESFET) if an additional ohmic contact is made on the active layer with a current blocking region and a low resistance contact region. The Schottky contact of the MESFET can be replaced by a metal-insulator-semiconductor structure. When a p-type semiconductor is formed on the active layer, the device may be a pn diode. With an additional n-type semiconductor on the p-type semiconductor, the device may be a bipolar transistor. Heterojunctions can be used for these npn structures (heterobipolar transistors: HBTs). Because these devices all have vertical configurations, they are suitable for high current operation.
(Technical Description of the Invention)

本発明における電子デバイスのいくつかの例示的な構造は、図面を用いて説明される。図1は、電子デバイスの1つの実施例を示す。本デバイスは、アモノサーマル成長で作られたGa1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)基板2と、気相エピタキシにより基板の1つの側に成長させられたGa1−x2−y2Alx2Iny2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)活性層3とを有する。有機金属化学気相成長法(MOCVD)、HVPE、および/または分子線エピタキシ(MBE)等の典型的な気相エピタキシが、活性層の堆積に用いられ得る。オーミック接点は、基板の他方の側上に、例えば、Ti/Al層1を堆積することにより形成され、ショットキー接点4は、単種または複種の金属を蒸着および堆積することで活性層の部分上に形成される。ショットキー接点の形状は、円形、正方形、長方形、または3角形、5角形、もしくは6角形等の他の多角形であり得る。ショットキー接点は、例えば、デバイスの定格電流に応じて、数百ミクロンの大きさであり得る。より高い電流が要求される場合、接点の大きさは、数ミリメートルまたはそれを上回り得る。本デバイスは、ショットキーダイオードとして構成される。 Several exemplary structures of electronic devices in the present invention will be described using the drawings. FIG. 1 illustrates one embodiment of an electronic device. This device consists of Ga 1-x 1-y 1 Al x 1 In y 1 N (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1) substrate 2 made by ammonothermal growth and on one side of the substrate by vapor phase epitaxy It has the grown Ga 1-x2-y 2 Al x 2 In y 2 N (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1) active layer 3. Typical vapor phase epitaxy such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), HVPE, and / or molecular beam epitaxy (MBE) may be used to deposit the active layer. The ohmic contact is formed, for example, by depositing a Ti / Al layer 1 on the other side of the substrate, and the Schottky contact 4 is a portion of the active layer by depositing and depositing one or more metals. Formed on. The shape of the Schottky contacts may be circular, square, rectangular or other polygons such as triangles, pentagons or hexagons. The Schottky contacts can be, for example, several hundred microns in size, depending on the rated current of the device. If higher currents are required, the size of the contacts can be several millimeters or more. The device is configured as a Schottky diode.

ショットキー接点は、p型層の上にオーミック接点を有するp型Ga1−x4−y4Alx4Iny4N(0≦x4≦1、0≦y4≦1)に置き換えられ得る。この場合、デバイスは、p−nダイオードとして機能し得る。このp−nダイオードのオーミック接点が、n型Ga1−x5−y5Alx5Iny5N(0≦x5≦1、0≦y5≦1)で置き換えられた場合、デバイスは、バイポーラトランジスタとして機能し得る。活性層、p型層およびn型層が異なる合金組成を有する場合、デバイスは、ヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)として機能し得る。例えば、活性層は、未ドープのGaNであり得、p型層は、pGaNであり得、最上部のn型層は、例えば、10%のアルミニウムを含有するn‐AlGaNであり得る。付加的なGa1−x−yAlInN(0≦x≦1、0≦y≦1)層を形成するため、MOCVD、HVPE、MBE、または他の気相法が使用され得る。ショットキー接点およびオーミック接点は、金属蒸発、スパッタリング、または半導体プロセスで用いられる他の典型的な金属被覆法で形成され得る。 The Schottky contact can be replaced by p-type Ga 1-x4-y4 Al x 4 In y 4 N (0 ≦ x4 ≦ 1, 0 ≦ y4 ≦ 1) having an ohmic contact on the p-type layer. In this case, the device may function as a pn diode. Ohmic contact of the p-n diode, when replaced with n-type Ga 1-x5-y5 Al x5 In y5 N (0 ≦ x5 ≦ 1,0 ≦ y5 ≦ 1), the device functions as a bipolar transistor obtain. The device may function as a heterobipolar transistor (HBT) if the active layer, p-type layer and n-type layer have different alloy compositions. For example, the active layer can be undoped GaN, the p-type layer can be pGaN, and the top n-type layer can be, for example, n-AlGaN containing 10% aluminum. To form the additional Ga 1-x-y Al x In y N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) layer, MOCVD, HVPE, MBE or other vapor phase process, can be used. The Schottky contacts and ohmic contacts can be formed by metal evaporation, sputtering, or other typical metallization processes used in semiconductor processes.

図2は、電子デバイスの1つの実施例を示す。図1に示した層1〜4に加えて、本デバイスは、基板と活性層との間にGa1−x−yAlInN(0≦x≦1、0≦y≦1)の遷移層5を有する。本遷移層の目的は、活性層中で最も高い構造品質および純度を実現することにある。遷移層および活性層は両方とも、気相法で成長させられるが、各層を成長させるのに異なる方法が用いられ得る。例えば、遷移層は、HVPEにより成長させられ得、活性層は、MOCVDにより成長させられ得る。この組み合わせでは、MOCVDよりもはるかに高いHVPEの成長速度により、十分に厚い遷移層を成長させることが容易である。一方で、逆の組み合わせ、すなわち、遷移層をMOCVDで、また活性層をHVPEで成長させることも用いられ得る。その場合、格子定数および/または不純物濃度の精密制御が、MOCVDのより遅い成長速度により可能である。MOCVDを用いる代わりに、MBEもまた利用され得る。上に説明されたように、遷移層の合金組成または不純物濃度は、活性層の構造品質および純度を最大にするように最適化され得る。例えば、インジウム組成が徐々に変化するInGaNの遷移層は、成長方向に沿って格子定数を徐々に変えるように、MBEによって成長させられ得る。また、GaN遷移層中のSiのドープレベルも、成長方向に沿って格子定数が徐々に狭くなるようにMBEによって徐々に変化させられ得る。 FIG. 2 shows one embodiment of the electronic device. In addition to the layers 1 to 4 shown in FIG. 1, the device is characterized in that Ga 1−xy Al x In y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) between the substrate and the active layer. A transition layer 5 is provided. The purpose of the transition layer is to achieve the highest structural quality and purity in the active layer. Both transition and active layers are grown in the vapor phase process, but different methods can be used to grow each layer. For example, the transition layer can be grown by HVPE and the active layer can be grown by MOCVD. With this combination, the growth rate of HVPE much higher than MOCVD makes it easy to grow a sufficiently thick transition layer. On the other hand, it is also possible to use the reverse combination, ie growing the transition layer by MOCVD and the active layer by HVPE. In that case, precise control of the lattice constant and / or impurity concentration is possible due to the slower growth rate of MOCVD. Instead of using MOCVD, MBE can also be utilized. As explained above, the alloy composition or impurity concentration of the transition layer can be optimized to maximize the structural quality and purity of the active layer. For example, a transition layer of InGaN in which the indium composition gradually changes can be grown by MBE so as to gradually change the lattice constant along the growth direction. In addition, the doping level of Si in the GaN transition layer can also be gradually changed by MBE so that the lattice constant narrows along the growth direction.

図3は、3つの端子を有する電子デバイスの1つの実施例を示す。(図3は、2組の高電子濃度領域7および表側オーミック接点8を示すが、これらの組は接続されていることに留意されたい。)他の層は、図2に表示されたとおりである。本デバイスをトランジスタとして機能させるよう、適切な電流ブロック層6が挿入される。電流ブロック層6は、電流経路を主としてショットキー接点4の下方に制限する。電流ブロック層6は、二酸化ケイ素等の絶縁体または空気等の絶縁ガスであり得る。また、電流ブロック層6は、p−GaN、p−AlGaNまたは半絶縁性GaN等のp型または半絶縁性半導体であり得る。ショットキー接点4は、活性層3の内部に空乏領域を作り出す。空乏領域の大きさは、ショットキー接点4への印加電圧によって変えられ得るので、裏側オーミック接点1と表側オーミック接点8との間の電流は規制され得る。空乏領域が電流ブロック層に到達すると、電流は、遮断される。活性層3の厚さおよびキャリア濃度等のデバイスパラメータに応じて、デバイスは常時オフまたは常時オンモードで動作し得る。常時オフモードでは、2つのオーミック接点を通る電流は、ゼロで、ショットキー接点4にかかる電圧は、ゼロである。   FIG. 3 illustrates one embodiment of an electronic device having three terminals. (Figure 3 shows two sets of high electron concentration regions 7 and front ohmic contact 8, but note that these sets are connected.) The other layers are as shown in Figure 2 is there. An appropriate current blocking layer 6 is inserted to make the device function as a transistor. The current blocking layer 6 restricts the current path mainly below the Schottky contact 4. The current blocking layer 6 may be an insulator such as silicon dioxide or an insulating gas such as air. Also, the current blocking layer 6 may be a p-type or semi-insulating semiconductor such as p-GaN, p-AlGaN or semi-insulating GaN. The Schottky contact 4 creates a depletion region inside the active layer 3. Since the size of the depletion region can be changed by the voltage applied to the Schottky contact 4, the current between the back side ohmic contact 1 and the front side ohmic contact 8 can be regulated. When the depletion region reaches the current blocking layer, the current is cut off. Depending on the device parameters, such as the thickness of the active layer 3 and the carrier concentration, the device can operate in the always off or always on mode. In the always-off mode, the current through the two ohmic contacts is zero and the voltage across the Schottky contact 4 is zero.

ショットキー接点は、金属−絶縁体−半導体構造で置き換えられ得る。この場合、SiO、Al、AlN等の適切な絶縁体が用いられ得る。デバイスは、MISFETとして動作し得る。 The Schottky contact can be replaced by a metal-insulator-semiconductor structure. In this case, a suitable insulator such as SiO 2 , Al 2 O 3 or AlN may be used. The device can operate as a MISFET.

組成および抵抗等、絶縁体層の厚さおよび特性は、調整され得る。電流ブロック層は、遷移層上に随意に形成され得る。   The thickness and properties of the insulator layer, such as composition and resistance, can be adjusted. A current blocking layer may optionally be formed on the transition layer.

図4は、図3のデバイスと同じ組の層を有する電子デバイスの1つの実施例を示す。遷移層5および活性層3の成長に、レーザ支援エピタキシ、拡散促進エピタキシ、異物封入、および/またはステップエッジ封入等の選択的成長法が使用される場合、時として活性層3は、(以下に詳述するように)連続膜を形成しない。そのような場合、デバイスは、図4に図示された構造を有し得る。   FIG. 4 shows an example of an electronic device having the same set of layers as the device of FIG. If selective growth methods such as laser assisted epitaxy, diffusion enhanced epitaxy, foreign body encapsulation, and / or step edge encapsulation are used to grow the transition layer 5 and the active layer 3, sometimes the active layer 3 Do not form a continuous film). In such case, the device may have the structure illustrated in FIG.

図3の電子デバイスの作製プロセスの1つの実施例は、図5A〜図5Gに表示される。まず、超臨界アンモニア中で成長させられたGa1−x−yAlInN(0≦x≦1、0≦y≦1)のバルク結晶からスライスされたGa1−x−yAlInN(0≦x≦1、0≦y≦1)の基板9が、調製される(図5A)。活性層が成長させられる第1の表面は、好ましくは、原子的に平坦な表面を達成するように化学的機械的研磨(CMP)によって研磨される。この表面はまた、活性層の結晶性を最大化するよう、5度までミスカットされ得る。電流ブロック層10は、基板の第1の表面上に形成される(図5B)。半導体プロセスで一般に用いられるリソグラフィー法を使用して、電流ブロック層内に孔10aが形成される(図5C)。二酸化ケイ素が電流ブロック層として用いられる場合、フッ酸での湿式エッチングが、フォトレジストでの適切なパターニングの後に使用され得る。半導体層が電流ブロック層として用いられる場合、反応性イオンエッチング等の乾式エッチングが使用され得る。いずれの場合も、露出された基板表面の適切な処理が、好ましくは、活性層および/または遷移層のエピタキシャル成長を確かなものにするように行われる。その後、基板上に遷移層11を成長させ、続いて活性層12を成長させる。加えて、本実施例では、SiでドープされたGaN等の高電子濃度層13を、同時に成長させる(図5D)。これらの層は、MOCVD、HVPE、またはMBE等、同一の気相法で成長させられ得る。また、異なる気相法が、各層に用いられ得る。半導体プロセスで一般に用いられるフォトレジストパターニングおよび乾式エッチングを使用して、高電子濃度層上の窓13aが形成される(図5E)。標準的な半導体金属化プロセスを用いて、Ti/Al等の裏側オーミック接点14とTi/Al等の表側オーミック接点15とが形成される。これらの接点は、接点のオーミック特性を確かなものにするように、好ましくは焼鈍される。ショットキー接点16は、5分間のフッ酸エッチングを行い、その後、脱イオン水でリンスする等、活性層の露出した表面の適切な処理の後で形成される(図5F)。最後に、ウエハダイシング装置を用いて、個々のデバイス17がエピタキシャル多層ウエハから切り出される(図5G)。 One example of the fabrication process of the electronic device of FIG. 3 is depicted in FIGS. 5A-5G. First, y 1-x-Ga grown in supercritical ammonia Al x In y N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) Ga sliced from bulk crystals of 1-x-y Al x A substrate 9 of In y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) is prepared (FIG. 5A). The first surface on which the active layer is grown is preferably polished by chemical mechanical polishing (CMP) to achieve an atomically flat surface. This surface can also be miscut by up to 5 degrees to maximize the crystallinity of the active layer. A current blocking layer 10 is formed on the first surface of the substrate (FIG. 5B). Holes 10a are formed in the current blocking layer using lithographic methods commonly used in semiconductor processes (FIG. 5C). If silicon dioxide is used as the current blocking layer, wet etching with hydrofluoric acid may be used after proper patterning with photoresist. If the semiconductor layer is used as a current blocking layer, dry etching such as reactive ion etching may be used. In any case, appropriate treatment of the exposed substrate surface is preferably performed to ensure epitaxial growth of the active layer and / or the transition layer. Thereafter, the transition layer 11 is grown on the substrate, and then the active layer 12 is grown. In addition, in the present embodiment, a high electron concentration layer 13 such as Si doped with GaN is simultaneously grown (FIG. 5D). These layers can be grown in the same gas phase process, such as MOCVD, HVPE, or MBE. Also, different gas phase methods may be used for each layer. The windows 13a on the high electron concentration layer are formed using photoresist patterning and dry etching commonly used in semiconductor processes (FIG. 5E). A back side ohmic contact 14 such as Ti / Al and a front side ohmic contact 15 such as Ti / Al are formed using standard semiconductor metallization processes. These contacts are preferably annealed to ensure the ohmic properties of the contacts. The Schottky contacts 16 are formed after appropriate treatment of the exposed surface of the active layer, such as with 5 minutes of hydrofluoric acid etching and then rinsing with deionized water (FIG. 5F). Finally, individual devices 17 are cut from the epitaxial multilayer wafer using a wafer dicing apparatus (FIG. 5G).

図6は、図5について上記された層を有する電子デバイスの作製プロセスの1つの実施例を示す。上記図5の実施例と同様、孔を伴う電流ブロック層がアモノサーマル基板上に作製される。この場合、電流ブロック層は、好ましくは、活性層12および/または遷移層11の選択的成長を確実にする二酸化ケイ素または他の誘電性材料である。Ga1−x−yAlInN(0≦x≦1、0≦y≦1)の遷移層11は、基板9の露出した表面上に選択的に成長させられ得る。これは、誘電性電流ブロック層10がGa1−x−yAlInN(0≦x≦1、0≦y≦1)の成長のためのマスクとして作用することを意味する。遷移層11または活性層12の高さが、電流ブロック層の高さをいったん超えると、Ga1−x−yAlInN(0≦x≦1、0≦y≦1)は、Ga1−x−yAlInN(0≦x≦1、0≦y≦1)の側方成長面が隣接するデバイスの成長面に到達するまで、電流ブロック層10の上方を側方に成長し始める。成長が合体前に止められる場合、エピタキシャル多層ウエハ構造は、図6Dに示されるものになる。次いで、高電子濃度を有する層13は、活性層への窓13aを開けるようにパターン化され(図6E)、各接点14、15、および16が、図5について記されたプロセスと同様のプロセスで形成される(図6F)。ウエハダイシングの後、図6Gまたは図4の電子デバイス17が完成する。活性層を合体させないようにするこの選択的成長法により、遷移層および/または活性層内の応力が低減され得、デバイス性能が改善され得る。 FIG. 6 illustrates one example of a process of making an electronic device having the layers described above for FIG. Similar to the embodiment of FIG. 5 above, a current blocking layer with holes is fabricated on the ammonothermal substrate. In this case, the current blocking layer is preferably silicon dioxide or other dielectric material that ensures selective growth of the active layer 12 and / or the transition layer 11. A transition layer 11 of Ga 1 -xy Al x In y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) can be selectively grown on the exposed surface of the substrate 9. This means that the dielectric current blocking layer 10 acts as a mask for the growth of Ga 1 -xy Al x In y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1). Once the height of the transition layer 11 or the active layer 12 exceeds the height of the current blocking layer, Ga 1 -xy Al x In y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) becomes Ga 1-x-y Al x in y to lateral growth surface of the N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) reaches the growth surface of the adjacent device, the upper of the current blocking layer 10 on the side Start to grow. If the growth is stopped prior to coalescence, the epitaxial multilayer wafer structure will be as shown in FIG. 6D. The layer 13 with high electron concentration is then patterned to open the window 13a to the active layer (FIG. 6E), each contact 14, 15, and 16 being a process similar to the process described for FIG. (FIG. 6F). After wafer dicing, the electronic device 17 of FIG. 6G or FIG. 4 is completed. By this selective growth method that does not coalesce the active layer, the stress in the transition layer and / or the active layer can be reduced and the device performance can be improved.

GaNのバルク結晶は、母材として多結晶GaN(15g)、溶媒として超臨界アンモニア(反応器容積を53%充填)、および鉱化剤としてナトリウム(アンモニアに対して5モル%)を用い、127ccの内容積を有する圧力反応器内で塩基性アモノサーマル法により成長させられた。成長温度は、500〜600℃で、成長は、181日間に及んだ。GaNのバルク結晶は、c平面GaNシード結晶上に成長させられた。結晶の大きさは、およそ10mmであった。その後、結晶は、多連ワイヤソーを用いて基板にスライスされた。9枚の基板が、1つのバルクGaN結晶から切り出された。これらの基板は、ダイアモンドスラリーでラップ加工され、CMPを用いて研磨された。これらの基板の1つの欠陥密度は、X線トポグラフィで評価された。転位密度は、4×10cm−2であった。酸素濃度は、3.2×1019cm−3であった。酸素濃度から、電子濃度は、1018cm−3台の中域から高域であった。 The bulk crystal of GaN is 127 cc using polycrystalline GaN (15 g) as a base material, supercritical ammonia (53% of reactor volume filled) as solvent, and sodium (5 mol% to ammonia) as mineralizer In a pressure reactor with an internal volume of <RTIgt; a </ RTI> basic ammonothermal method. The growth temperature was 500-600 ° C., and the growth extended to 181 days. Bulk crystals of GaN were grown on c-plane GaN seed crystals. The size of the crystals was approximately 10 mm 2 . The crystals were then sliced into substrates using a multiple wire saw. Nine substrates were cut out of one bulk GaN crystal. These substrates were lapped with diamond slurry and polished using CMP. The defect density of one of these substrates was evaluated by X-ray topography. The dislocation density was 4 × 10 4 cm −2 . The oxygen concentration was 3.2 × 10 19 cm −3 . From the oxygen concentration, the electron concentration was in the middle to high range of 10 18 cm −3 .

同様の内容積を有する圧力反応器を用いて、バルクGaN結晶は、多結晶GaN母材(1〜500g)、アンモニア(30〜60%充填)、およびナトリウム(アンモニアに対し1〜10%)の同様の条件で成長させられ得る。このように成長させられたバルクGaN結晶は、典型的には、1018cm−3を上回る電子濃度のn型導電性を呈する。 Using a pressure reactor with a similar internal volume, bulk GaN crystals consist of polycrystalline GaN matrix (1-500 g), ammonia (30-60% loading), and sodium (1-10% with respect to ammonia) It can be grown under similar conditions. Thus grown are bulk GaN crystal is typically exhibits n-type conductivity of the electron concentration in excess of 10 18 cm -3.

アモノサーマル成長により調整されたGaN基板を用いて、GaN層をHVPEにより成長させた。得られたエピタキシャル多層ウエハは、実施例3および4に提示されるような電子デバイスを加工するのに用いられ得る。各行程では、およそ10mm×10mmのサイズの1つの基板が使用された。HVPE反応器の内部で、加熱されたGa上に塩化水素ガスを通過させ、その結果得られた塩化ガリウムは、その後アンモニアと混合された後で、加熱された基板に接触させられた。Gaの温度は、800〜1000℃の範囲内であり、基板の温度は、900〜1150℃の範囲内であった。本実施例では、11ミクロン、24ミクロン、56ミクロン、および164ミクロンの厚さを有するGaNが、アモノサーマルc平面GaN基板のGa極性表面上に成長させられた。成長速度は、毎時50〜400ミクロンの範囲であった。11ミクロン厚さのGaN膜の表面は、アモノサーマル基板とHVPE膜との間の界面から始まる割れを有していたが、残りの3つの膜は、それらの表面に割れを有さなかった。このことは、アモノサーマル基板とHVPEにより形成された活性層との間の界面から始まる割れは、より厚い層を成長させることで埋められ得ることを確認した。   A GaN layer was grown by HVPE using a GaN substrate prepared by ammonothermal growth. The resulting epitaxial multilayer wafer can be used to fabricate electronic devices as presented in Examples 3 and 4. In each run, one substrate of approximately 10 mm × 10 mm in size was used. Inside the HVPE reactor, hydrogen chloride gas was passed over the heated Ga, and the resulting gallium chloride was then mixed with ammonia and then brought into contact with the heated substrate. The temperature of Ga was in the range of 800 to 1000 ° C., and the temperature of the substrate was in the range of 900 to 1150 ° C. In this example, GaN with thicknesses of 11 microns, 24 microns, 56 microns and 164 microns was grown on the Ga polar surface of an ammonothermal c-plane GaN substrate. The growth rate was in the range of 50 to 400 microns per hour. The surface of the 11 micron thick GaN film had cracks originating from the interface between the ammonothermal substrate and the HVPE film, while the remaining three films had no cracks on their surface . This confirmed that the cracks originating from the interface between the ammonothermal substrate and the active layer formed by HVPE can be filled by growing a thicker layer.

56ミクロン厚さの膜について、GaNの遷移層は、活性層を5分間成長させる前に、4分間成長させられた。遷移層の成長温度は、活性層のそれよりもおよそ100度低かった。またその場合、活性層の上面は、割れが無く、高品質な表面を示した。   For a 56 micron thick film, a GaN transition layer was grown for 4 minutes before the active layer was grown for 5 minutes. The growth temperature of the transition layer was approximately 100 degrees lower than that of the active layer. Also, in that case, the upper surface of the active layer exhibited a high quality surface without cracking.

24ミクロン、56ミクロン、および164ミクロン厚さの膜の活性層のキャリア濃度は、1016cm−2を下回り、高純度かつ低キャリア濃度の特性を表した。 The carrier concentration of the active layer of the 24 micron, 56 micron, and 164 micron thick films was less than 10 16 cm -2 and characterized by high purity and low carrier concentration.

遷移層および/または活性層の成長にMOCVDおよびMBE等の他の気相法を用いることは、本実施例で提示された割れ低減と同じ利点を有するはずである。   Using other gas phase methods such as MOCVD and MBE to grow the transition and / or active layers should have the same advantages as the crack reduction presented in this example.

遷移層は随意ではあるが、デバイスは、例えば、その結晶性および純度を最大化するように活性層に整合された表面を提供するために、層の1つの面から他方の面にかけて、組成および/または不純物濃度が変化する別個の遷移層を好ましくは有する。   Although the transition layer is optional, the device may, for example, have composition and from one side to the other side of the layer to provide a surface matched to the active layer to maximize its crystallinity and purity. Preferably, it has a separate transition layer in which the impurity concentration changes.

ショットキーダイオードは、GaN高純度、低キャリア濃度活性層を有するエピタキシャル多層ウエハを用い、アルミニウムのオーミック接点をウエハの裏面上に、またNiのショットキー接点を活性層の表面上に形成することによって作製され得る。まず、活性層を伴うウエハは、表面酸化物を除去するようにフッ酸で洗浄される。次いで、およそ1ミクロンのニッケルが活性層の表面に蒸着される。フォトレジストのパターニングは、標準的な半導体プロセスを用いて行われ、ニッケルは、硝酸でエッチングされる。次いで、フォトレジストがアセトンで除去される。ショットキー接点を形成した後、およそ1ミクロンのTi/Alオーミック接点をウエハの裏側に蒸着させる。次いで、各デバイスは、ウエハダイシング装置で分離される。   The Schottky diode uses an epitaxial multilayer wafer having a GaN high purity, low carrier concentration active layer, and forms an ohmic contact of aluminum on the back surface of the wafer and a Schottky contact of Ni on the surface of the active layer. It can be made. First, the wafer with the active layer is cleaned with hydrofluoric acid to remove surface oxide. Then, approximately 1 micron of nickel is deposited on the surface of the active layer. Photoresist patterning is performed using standard semiconductor processes, and the nickel is etched with nitric acid. The photoresist is then removed with acetone. After forming the Schottky contacts, approximately 1 micron of Ti / Al ohmic contact is deposited on the backside of the wafer. Each device is then separated by a wafer dicing apparatus.

本構造は、基板の高い(1018cm−3を上回る)電気伝導度による低いオン抵抗および活性層の高い抵抗率による高い降伏電圧という利点を有する。活性層の高い抵抗率は、1016cm−3を下回る低いキャリア濃度により達成される。気相成長とアモノサーマルGaN基板との組み合わせは、低いオン抵抗および高い降伏電圧を両方達成するのに有益である。また、気相成長による随意の遷移層は、活性層の高い結晶性および純度を確保することにより、高い性能を達成し得る。 This structure has the advantage of high breakdown voltage due to high substrate (10 18 cm above the -3) high resistivity low on-resistance and the active layer by the electric conductivity. High resistivity of the active layer is achieved by a low carrier concentrations below 10 16 cm -3. The combination of vapor deposition and ammonothermal GaN substrate is useful to achieve both low on-resistance and high breakdown voltage. Also, an optional transition layer by vapor deposition can achieve high performance by ensuring high crystallinity and purity of the active layer.

p型GaNの付加的な層を気相エピタキシにより成長させ、その後、Ni/Auのオーミック接点を形成することにより、p−nダイオードは、GaN高純度、低キャリア濃度活性層を有するエピタキシャル多層ウエハを使用して作製され得る。p型GaNの厚さは、0.1ミクロンを上回ることができる。Ni/Auの厚さは、およそ1ミクロンである。裏側オーミック接点は、実施例3で説明されたように形成される。デバイスは、p−nダイオードとして動作できる。   By growing an additional layer of p-type GaN by vapor phase epitaxy and then forming an ohmic contact of Ni / Au, the pn diode is an epitaxial multilayer wafer with a high purity, low carrier concentration active layer of GaN. Can be made using The thickness of p-type GaN can be greater than 0.1 micron. The thickness of Ni / Au is approximately 1 micron. The backside ohmic contact is formed as described in Example 3. The device can operate as a pn diode.

実施例3でのプロセスは、MESFETを加工するプロセスに組み込まれ得る。2つの電極(1つのオーミック裏側ドレイン接点および1つのショットキーゲート接点)に加えて、MESFETは、ショットキーゲート接点の隣にさらに1つのオーミックソース接点を有する。活性層は低い電子濃度を有するため、高濃度にドープされた適切な接点領域が、オーミックソース接点の低い接触抵抗を確保するように用いられる。本構造を達成するため、高電子濃度GaNの付加的な層が活性層上に成長させられ、その後、ショットキーゲート接点用の窓を作るための反応性イオンエッチングが行われる。1ミクロン厚さのTi/Alオーミック接点が、ソースおよびドレイン接点に用いられる。 The process in Example 3 can be incorporated into the process of processing MESFETs. In addition to the two electrodes (one ohmic backside drain contact and one Schottky gate contact), the MESFET has one more ohmic source contact next to the Schottky gate contact. Since the active layer has a low electron concentration, a heavily doped suitable contact area is used to ensure a low contact resistance of the ohmic source contact. To achieve this structure, an additional layer of high electron concentration GaN is grown on the active layer, followed by reactive ion etching to create windows for Schottky gate contacts. A 1 micron thick Ti / Al ohmic contact is used for the source and drain contacts.

電流ブロック層のショットキーゲート接点までの距離等、適切なデバイス設計により、MESFETは、常時オフモードで動作し得る。それは、活性層の電子濃度を低減するとともに、ショットキーバリアによって作り出された空乏領域がゲートと電流ブロック層との間の電流チャネルを閉じるように、電流ブロック層のショットキーゲート接点までの距離を減少させることにより達成される。ゲートへの印加電圧を変えることにより、チャネル幅を制御することができ、したがって、ソース接点およびドレイン接点を通る電流量を制御することができる。活性層および/または遷移層は、単体または合体で、ゲート接点の適切なバイアス条件の下において、空乏領域がアモノサーマル基板または基板と遷移/活性層との間の界面における損傷(すなわち、割れた)領域に到達しないような十分に大きい厚さを好ましくは有する。   With proper device design, such as the distance to the Schottky gate contact of the current blocking layer, the MESFET can always operate in the off mode. It reduces the electron concentration of the active layer, and the distance to the Schottky gate contact of the current blocking layer so that the depletion region created by the Schottky barrier closes the current channel between the gate and the current blocking layer. Achieved by reducing. By varying the voltage applied to the gate, the channel width can be controlled, and thus the amount of current through the source and drain contacts can be controlled. The active layer and / or the transition layer, alone or in combination, causes damage (i.e., cracking) of the depletion region at the interface between the ammonothermal substrate or substrate and the transition / active layer under appropriate bias conditions of the gate contact. Preferably, it has a thickness large enough so as not to reach the area).

ショットキーゲート接点は、金属−絶縁体−半導体構造で置き換えられ得る。そのような場合、SiO、Al、またはAlNの絶縁体層が、スパタリングで活性層上に堆積される。その後、Ti/Al接点が、適切なパターニングとともに絶縁体層上に蒸着される。本デバイスは、MISFETとして動作できる。 The Schottky gate contact may be replaced by a metal-insulator-semiconductor structure. In such cases, an insulator layer of SiO 2 , Al 2 O 3 , or AlN is deposited on the active layer by sputtering. Thereafter, Ti / Al contacts are deposited on the insulator layer with appropriate patterning. The device can operate as a MISFET.

実施例4のp−nダイオード上にn−GaNまたはn−AlGaNを付加的に成長させることにより、デバイスは、バイポーラトランジスタまたはヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)として動作できる。その場合、p型Ga1−x−yAlInN(0≦x≦1、0≦y≦1)層は、他の層よりも薄くなければならない。それらの層の成長は、MOCVD、MBE、HVPE、または他の気相法で行われる。Ni/Auは、p型接点に用いられ得、Ti/Alは、n型接点に用いられ得る。
(可能な修正)
By additionally growing n-GaN or n-AlGaN on the pn diode of Example 4, the device can operate as a bipolar transistor or a heterobipolar transistor (HBT). In that case, the p-type Ga 1-xy Al x In y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) layer should be thinner than the other layers. The growth of these layers is done by MOCVD, MBE, HVPE or other gas phase processes. Ni / Au may be used for p-type contacts and Ti / Al may be used for n-type contacts.
(Possible fix)

好適な実施形態は、GaN基板について記述するが、基板は、AlN、AlGaN、InN、InGaN、またはGaAlInN等、様々な組成のIII族窒化物合金であり得る。本発明の範囲は、それらの基板についても維持される。   Although the preferred embodiment describes a GaN substrate, the substrate can be a III-nitride alloy of various compositions, such as AlN, AlGaN, InN, InGaN, or GaAlInN. The scope of the invention is also maintained for those substrates.

好適な実施形態は、Ga面c平面GaNについて記述するが、N面c平面、a面、m面、および様々な半極性面等の他の方位もまた用いられ得る。加えて、表面は、これらの方位から少しミスカット(オフスライス)され得る。本発明の範囲は、これらの方位およびミスカットについて維持される。特に、N面c平面GaN、無極性a面およびm面、半極性平面の使用は、電子デバイスのエネルギーバンド構造を変調させ、したがって、MESFETまたはMISFETのターンオン電圧を制御し得る。   Although the preferred embodiment describes Ga-face c-plane GaN, other orientations such as N-face c-plane, a-plane, m-plane, and various semipolar planes may also be used. In addition, the surface may be slightly miscut (off-sliced) from these orientations. The scope of the invention is maintained for these orientations and miscuts. In particular, the use of N-plane c-plane GaN, nonpolar a-plane and m-plane, semipolar plane can modulate the energy band structure of the electronic device and thus control the turn on voltage of the MESFET or MISFET.

好適な実施形態は、HVPEを利用するが、MOCVD、MBE、反応性スパッタリング、イオンビーム蒸着等の他の方法が、本発明の活性層および/または遷移層の成長に用いられ得る。   Although the preferred embodiment utilizes HVPE, other methods such as MOCVD, MBE, reactive sputtering, ion beam deposition, etc. may be used to grow the active layer and / or transition layer of the present invention.

好適な実施形態は、Niをショットキー接点に、またTi/Alをオーミック接点に使用するが、他の金属もまた使用され得る。ショットキー接点の例は、Pt、Pd、Co、Au、Mgであり、オーミック接点の例は、Cr、In、Agである。 Preferred embodiments use Ni for Schottky contacts and Ti / Al for ohmic contacts, but other metals may also be used. Examples of Schottky contacts are Pt, Pd, Co, Au, Mg, and examples of ohmic contacts are Cr, In, Ag.

本発明のさらなる実施例は、下記の段落にまとめられた対象を含むが、それらは、例として提供され、当然のことながら、本発明の範囲を限定しない。
1.電子デバイスを製造するためのエピタキシャル多層ウエハであって、(i)第1の側および第1の側とは反対側の第2の側を有するGa1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)のIII族窒化物基板と、(ii)III族窒化物基板の第1の側上にあるGa1−x2−y2Alx2Iny2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層と、を含み、
(a)III族窒化物基板の転位密度は、10cm−2を下回り、
(b)III族窒化物基板は、1018cm−3を上回る電子濃度を有し、
(c)III族窒化物基板は、超臨界アンモニア中で成長させられたGa1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)のバルク結晶から作製され、
(d)活性層は、1018cm−3を下回る電子濃度を有するエピタキシャル的に堆積された層であり、
(e)活性層は、ウエハの第1の側上にある第1の電極とウエハの第2の側上にある第2の電極とを伴う電子デバイスを作製した後で活性層内に形成される空乏領域が、基板の外側になる十分な厚さを有する、エピタキシャル多層ウエハ。
2.活性層は、1016cm−3を下回る電子濃度を有する、段落1に記載のエピタキシャル多層ウエハ。
3.電子デバイスを製造するためのエピタキシャル多層ウエハであって、(i)第1の側および第1の側とは反対側の第2の側を有するGa1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)のIII族窒化物基板と、(ii)III族窒化物基板の第1の側上にあるGa1−x2−y2Alx2Iny2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層と、を含み、
(a)III族窒化物基板の転位密度は、10cm−2を下回り、
(b)III族窒化物基板は、1018cm−3を上回る電子濃度を有し、
(c)III族窒化物基板は、超臨界アンモニア中で成長させられたGa1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)のバルク結晶から作製され、
(d)活性層は、1018cm−3を下回る酸素濃度を有するエピタキシャル的に堆積された層であり、
(e)活性層は、ウエハの第1の側上にある第1の電極とウエハの第2の側上にある第2の電極とを伴う電子デバイスを作製した後で活性層内に形成される空乏領域が、基板の外側になる十分な大きな厚さを有する、エピタキシャル多層ウエハ。
4.活性層は、1016cm−3を下回る酸素濃度を有する、段落3に記載のエピタキシャル多層ウエハ。
5.活性層の厚さは、5ミクロンを上回る、段落1〜4のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。
6.基板と活性層との間にGa1−x3−y3Alx3Iny3N(0≦x3≦1、0≦y3≦1)の遷移層をさらに含み、遷移層の第1の側は、基板の第1の側の結晶格子と整合する結晶格子を有し、遷移層の第2の側は、活性層の第1の側の結晶格子と整合する結晶格子を有し、遷移層の格子定数は、格子整合が基板と遷移層との間の界面および遷移層と活性層との間の界面で実現するように成長方向に沿って変化する、段落1〜5のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。
7.遷移層は、気相エピタキシにより成長させられる、段落6に記載のエピタキシャル多層ウエハ。
8.遷移層は、基板と遷移層との間の界面に形成される割れを埋めるのに十分な厚さである、段落6または段落7に記載のエピタキシャル多層ウエハ。
9.空乏帯は、遷移層内に延在する、段落6〜8のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。
10.活性層は、空乏帯より厚い、段落6〜8のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。
11.遷移層は、基板に含まれる不純物の拡散を防止する不純物でドープされる、段落6〜10のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。
12.III族窒化物基板と活性層との間に電流ブロック層をさらに含む、段落1〜11のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。
13.活性層は、10cm−2を下回る転位密度を有する、段落1〜12のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。
14.基板は、1016cm−3を上回るナトリウム濃度を有し、活性層は、基板より少なくとも100倍少ないナトリウムを含有する、段落1〜13のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。
15.基板は、0.1度を上回り5度を下回るミスカットの付いたc平面である、段落1〜14のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。
16.電子デバイスであって、段落1〜15のいずれかに記載の多層ウエハと電子デバイスの動作範囲の上方でIII族窒化物ウエハの外側に空乏領域を形成する電極とを含む、電子デバイス。
17.多層ウエハを作る方法であって、アモノサーマル法によって形成され、第1の側の反対側に第2の側を有するGa1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)の基板の第1の側上に、Ga1−x2−y2Alx2Iny2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層を気相からエピタキシャル的に堆積させるステップを含み、活性層は、ウエハの第1の側上にある第1の電極とウエハの第2の側上にある第2の電極とを伴う電子デバイスを作製した後で活性層内に形成される空乏領域が、基板の外側となる十分な厚さを有し、基板は、1018cm−3を上回る酸素濃度を有し、気相は、活性層内に1018cm−3を下回る酸素濃度を提供するのに十分に低い濃度の酸素を有する、方法。
18.気相は、活性層内に1016cm−3を下回る酸素濃度を提供するのに十分に低い濃度の酸素を有する、段落17に記載の方法。
19.多層ウエハを作る方法であって、アモノサーマル法によって形成され、第1の側の反対側に第2の側を有するGa1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1,0≦y1≦1)の基板の第1の側上に、Ga1−x2−y2Alx2Iny2N(0≦x2≦1,0≦y2≦1)の活性層を気相からエピタキシャル的に堆積させるステップを含み、活性層は、ウエハの第1の側上にある第1の電極とウエハの第2の側上にある第2の電極とを伴う電子デバイスを作製した後で活性層内に形成される空乏領域が、基板の外側となる十分な厚さを有し、基板は、1018cm−3を上回る酸素濃度を有し、活性層は、1018cm−3を下回る電子濃度を活性層内に提供するのに十分に低い濃度の電子ドナーを有する、方法。
20.活性層は、1016cm−3を下回る電子濃度を活性層内に提供するのに十分に低い濃度の電子ドナーを有する、段落19に記載の方法。
21.活性層は、少なくとも約5ミクロンの厚さに堆積される、段落17〜20のいずれかに記載の方法。
22.堆積ステップの間に遷移層の第1の面が基板の第1の側の結晶格子に整合し、遷移層堆積ステップの完了に際して、遷移層の第2の反対面が活性層の第1の側の結晶格子と整合するように、反応物の濃度および/または堆積条件を変化させながら、Ga1−x3−y3Alx3Iny3N(0≦x3≦1、0≦y3≦1)の遷移層をエピタキシャル的に堆積させるステップをさらに含む、段落17〜21のいずれかに記載の方法。
23.堆積ステップの間に遷移層が割れ、方法が、遷移層の第2の表面が割れを有さないよう遷移層の割れを埋めるように、遷移層の付加的な量を堆積させるステップをさらに含む、段落22に記載の方法。
24.活性層は、遷移層の一部に空乏帯が延在するような厚さに堆積される、段落22または段落23に記載の方法。
25.空乏帯は、遷移層内の割れに届く前に終わる、段落24に記載の方法。
26.遷移層は、基板に含まれる不純物の拡散を防止する不純物でドープされる、段落22〜25のいずれかに記載の方法。
27.III族窒化物基板と活性層との間に電流ブロック層を堆積させるステップをさらに含む、段落17〜26のいずれかに記載の方法。
28.活性層は、活性層が基板より少なくとも100倍少ないナトリウムを含有するのに十分に低いナトリウム濃度を有し、基板は、1016cm−3を上回る濃度のナトリウムを含有する、段落17〜27のいずれかに記載の方法。
29.基板の第1の側は、c平面に対し、0.1度を上回り5度を下回ってミスカットされる、段落17〜28のいずれかに記載の方法。
30.電極を提供するステップをさらに含む、段落17〜29のいずれかに記載の方法。
31.電子デバイスであって、Ga1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)の基板と、基板の第1の側上のGa1−x2−y2Alx2Iny2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層と、基板の第1の側とは反対側の第2の側上の裏側オーミック接点と、活性層内に深さを有する空乏領域と、を含み、
(a)基板は、10cm−2を下回る転位密度を有し、
(b)基板は、1018cm−3を上回る電子濃度を有し、
(c)活性層は、1018cm−3を下回る電子濃度を有し、
(d)活性層は、デバイスの動作範囲内の任意の印加電圧について空乏領域の深さを上回る厚さを有する、電子デバイス。
32.活性層の電子濃度は、1016cm−3を下回る、段落31に記載の電子デバイス。
33.電子デバイスであって、Ga1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)の基板と、基板の第1の側上のGa1−x2−y2Alx2Iny2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層と、基板の第1の側とは反対側の第2の側上の裏側オーミック接点と、活性層内の深さを有する空乏領域と、を含み、
(a)基板は、10cm−2を下回る転位密度を有し、
(b)基板は、1018cm−3を上回る酸素濃度を有し、
(c)活性層は、1018cm−3を下回る酸素濃度を有し、
(d)活性層は、デバイスの動作範囲内の任意の印加電圧について空乏領域の深さを上回る厚さを有する、電子デバイス。
34.活性層の酸素濃度は、1016cm−3を下回る、段落33に記載の電子デバイス。
35.基板と活性層との間にGa1−x3−y3Alx3Iny3N(0≦x3≦1、0≦y3≦1)の遷移層をさらに含み、遷移層は、気相エピタキシによって成長させられる、段落31〜34のいずれかに記載の電子デバイス。
36.電子デバイスであって、Ga1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)の基板と、基板の第1の側上のGa1−x2−y2Alx2Iny2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層と、基板の第1の側とは反対側の第2の側上の裏側オーミック接点と、活性層内の深さを有する空乏領域と、Ga1−x3−y3Alx3Iny3N(0≦x3≦1,0≦y3≦1)の遷移層と、を含み、
(a)基板は、10cm−2を下回る転位密度を有し、
(b)基板は、1018cm−3を上回る酸素濃度または電子濃度を有し、
(c)活性層は、1018cm−3を下回る酸素濃度または電子濃度を有し、
(d)活性層および遷移層は、デバイスの動作範囲内の任意の印加電圧について空乏領域の深さを上回る合計厚さを有する、電子デバイス。
37.活性層の酸素濃度は、1016cm−3を下回る、段落36に記載の電子デバイス。
38.活性層の電子濃度は、1016cm−3を下回る、段落36または段落37に記載の電子デバイス。
39.活性層は、空乏領域の深さより厚い、段落36〜38のいずれかに記載の電子デバイス。
40.空乏領域は、遷移層内に延在する、段落36〜38のいずれかに記載の電子デバイス。
41.遷移層は、基板および遷移層の間の界面ならびに遷移層および活性層の間の界面で格子整合が実現されるように、成長方向に沿って変化する不純物濃度または合金組成を有する、段落35〜40のいずれかに記載の電子デバイス。
42.遷移層は、基板と遷移層との間の界面に作られた割れを埋めるのに十分厚い、段落35〜41に記載の電子デバイス。
43.遷移層は、基板に含まれる不純物の拡散を防止する不純物でドープされる、段落35〜42に記載の電子デバイス。
44.基板は、超臨界アンモニア中で成長させられたGa1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)のバルク結晶から作製されたウエハで作られる、段落31〜43のいずれかに記載の電子デバイス。
45.基板は、約1016cm−3を上回る濃度のナトリウムを含有し、活性層は、基板の少なくとも100倍少ないナトリウム濃度を有する、段落31〜44のいずれかに記載の電子デバイス。
46.前記活性層は、気相エピタキシにより成長させられる、段落31〜45のいずれかに記載の電子デバイス。
47.ウエハは、0.1度を上回り5度を下回るミスカットのあるc平面ウエハである、段落項31〜46のいずれかに記載の電子デバイス。
48.空乏領域は、隣接するショットキー接点または隣接するpn接合を有する、段落31〜47のいずれかに記載の電子デバイス。
49.空乏領域は、ショットキー接点または金属−絶縁体−半導体構造を有し、
(a)基板と活性層との間の電流ブロック層であって、電流開口を有する電流ブロック層と、
(b)ショットキー接点または金属−絶縁体−半導体構造に隣接する表側オーミック接点と、をさらに含み、
表側オーミック接点およびショットキー接点もしくは金属−絶縁体−半導体構造は、表側オーミック接点およびショットキー接点にわたって印加された電圧により表側オーミック接点から裏側オーミック接点までを通る電流を規制するように配置される、段落31〜47のいずれかに記載の電子デバイス。
50.電流ブロック層は、二酸化ケイ素を含む、段落49に記載の電子デバイス。
51.電流ブロック層は、ガスを含む、段落49に記載の電子デバイス。
52.ガスは、空気である、段落51に記載の電子デバイス。
53.電流ブロック層は、p型または半絶縁性のGa1−x−yAlInN(0≦x≦1、0≦y≦1)を含む、段落49に記載の電子デバイス。
54.表側オーミック接点の下に高電子濃度領域をさらに含む、段落49〜53のいずれかに記載の電子デバイス。
55.空乏領域がpn接合を有し、バイポーラトランジスタを形成する付加的なn型半導体をpn接合上にさらに含む、段落31〜47のいずれかに記載の電子デバイス。
56.電子デバイスを作製する方法であって、
(a)超臨界アンモニア中で成長させられたGa1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)のバルク結晶からスライスされたGa1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)の基板の第1の側上にGa1−x2−y2Alx2Iny2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層を気相エピタキシで成長させるステップと、
(b)基板の第2の側上にオーミック接点を形成するステップと、
(c)活性層上にショットキー接点、金属−絶縁体−半導体構造、またはp型半導体を形成するステップと、
を含み、
(d)基板は、10cm−2を下回る転位密度を有し、
(e)基板は、1018cm−3を上回る電子濃度を有し、
(f)活性層は、1018cm−3を下回る電子濃度を有し、
(g)活性層は、デバイスの動作範囲内の任意の印加電圧について空乏領域の厚さを上回る厚さを有する、方法。
57.活性層の電子濃度は、1016cm−3を下回る、段落56に記載の方法。
58.電子デバイスの作製方法であって、
(a)超臨界アンモニア中で成長させられたGa1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)のバルク結晶からスライスされたGa1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)の基板の第1の側上にGa1−x2−y2Alx2Iny2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層を気相エピタキシで成長させるステップと、
(b)基板の第2の側上にオーミック接点を形成するステップと、
(c)活性層上にショットキー接点、金属−絶縁体−半導体構造、またはp型半導体を形成するステップと、
を含み、
(d)基板は、10cm−2を下回る転位密度を有し、
(e)基板は、1018cm−3を上回る酸素濃度を有し、
(f)活性層は、1018cm−3を下回る酸素濃度を有し、
(g)活性層は、デバイスの動作範囲内の任意の印加電圧について空乏領域の厚さを上回る厚さを有する、方法。
59.活性層の酸素濃度は、1016cm−3を下回る、段落58に記載の方法。
60.ステップ(a)は、基板と活性層との間におけるGa1−x3−y3Alx3Iny3N(0≦x3≦1、0≦y3≦1)の遷移層の成長を含む、段落56〜59のいずれかに記載の電子デバイスの作製方法。
61.活性層を成長させるステップの前に、
(a)基板の第1の側上に誘電体層を形成するステップと、
(b)基板の第1の側の一部を露出するように誘電体層内に孔を形成するステップと、
をさらに含み、ショットキー接点、金属−絶縁体−半導体構造またはp型半導体は、誘電体層の孔の上に形成される、段落56〜60のいずれかに記載の電子デバイスの作製方法。
62.誘電体層は、二酸化ケイ素を含む、段落61に記載の電子デバイスの作製方法。
63.遷移層および/または活性層は、層の材料を誘電体層の孔内そしてその後側方に選択的に堆積する気相エピタキシを用いて形成される、段落61または段落62に記載の電子デバイスの作製方法。
64.側方に堆積される材料は、活性層が連続膜を形成するように基板上の隣接するデバイスに延在する、段落63に記載の電子デバイスの作製方法。
65.側方に堆積される材料は、活性層が不連続膜を形成するように、基板上の隣接するデバイスに延在しない、段落63に記載の電子デバイスの作製方法。
66.x1=x2=x3=0およびy1=y2=y3=0である、上記段落のいずれかに記載の発明。
Further examples of the invention include the subject matter summarized in the following paragraphs, but they are provided as examples and, of course, do not limit the scope of the invention.
1. An epitaxial multilayer wafer for manufacturing an electronic device, comprising: (i) Ga 1-x 1-y 1 Al x 1 In y 1 N (0) having a first side and a second side opposite to the first side A group III nitride substrate of ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1), and (ii) Ga 1−x 2 −y 2 Al x 2 In y 2 N (0 ≦ x 2) on the first side of the group III nitride substrate An active layer of ≦ 1, 0 ≦ y 2 ≦ 1),
(A) The dislocation density of the group III nitride substrate is less than 10 5 cm −2 ,
(B) III nitride substrate has an electron density greater than 10 18 cm -3,
(C) III-nitride substrate is made from bulk crystals grown in supercritical ammonia Ga 1-x1-y1 Al x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1),
(D) The active layer is an epitaxially deposited layer having an electron concentration below 10 18 cm −3 ,
(E) The active layer is formed in the active layer after producing an electronic device with a first electrode on the first side of the wafer and a second electrode on the second side of the wafer. An epitaxial multilayer wafer, wherein the depletion region has a sufficient thickness to be outside the substrate.
2. The epitaxial multilayer wafer according to paragraph 1, wherein the active layer has an electron concentration of less than 10 16 cm −3 .
3. An epitaxial multilayer wafer for manufacturing an electronic device, comprising: (i) Ga 1-x 1-y 1 Al x 1 In y 1 N (0) having a first side and a second side opposite to the first side A group III nitride substrate of ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1), and (ii) Ga 1−x 2 −y 2 Al x 2 In y 2 N (0 ≦ x 2) on the first side of the group III nitride substrate An active layer of ≦ 1, 0 ≦ y 2 ≦ 1),
(A) The dislocation density of the group III nitride substrate is less than 10 5 cm −2 ,
(B) III nitride substrate has an electron density greater than 10 18 cm -3,
(C) III-nitride substrate is made from bulk crystals grown in supercritical ammonia Ga 1-x1-y1 Al x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1),
(D) The active layer is an epitaxially deposited layer having an oxygen concentration below 10 18 cm −3 ,
(E) The active layer is formed in the active layer after producing an electronic device with a first electrode on the first side of the wafer and a second electrode on the second side of the wafer. An epitaxial multilayer wafer, wherein the depletion region has a sufficiently large thickness to be outside the substrate.
4. The epitaxial multilayer wafer according to paragraph 3, wherein the active layer has an oxygen concentration of less than 10 16 cm −3 .
5. An epitaxial multilayer wafer according to any of paragraphs 1 to 4, wherein the thickness of the active layer is greater than 5 microns.
6. Further comprising a transition layer of Ga 1-x3-y3 Al x3 In y3 N (0 ≦ x3 ≦ 1,0 ≦ y3 ≦ 1) between the substrate and the active layer, a first side of the transition layer, the substrate It has a crystal lattice matched to the crystal lattice on the first side, the second side of the transition layer has a crystal lattice matched to the crystal lattice on the first side of the active layer, and the lattice constant of the transition layer is The epitaxial multilayer wafer according to any of paragraphs 1 to 5, wherein the lattice alignment changes along the growth direction to achieve at the interface between the substrate and the transition layer and the interface between the transition layer and the active layer. .
7. The epitaxial multilayer wafer according to paragraph 6, wherein the transition layer is grown by vapor phase epitaxy.
8. The epitaxial multilayer wafer according to paragraph 6 or 7, wherein the transition layer is of sufficient thickness to fill the cracks formed at the interface between the substrate and the transition layer.
9. The epitaxial multilayer wafer according to any of paragraphs 6-8, wherein the depletion zone extends into the transition layer.
10. The epitaxial multilayer wafer according to any one of paragraphs 6 to 8, wherein the active layer is thicker than the depletion zone.
11. 11. The epitaxial multilayer wafer according to any of paragraphs 6 to 10, wherein the transition layer is doped with an impurity that prevents the diffusion of impurities contained in the substrate.
12. 12. The epitaxial multilayer wafer according to any of paragraphs 1-11, further comprising a current blocking layer between the III-nitride substrate and the active layer.
13. The epitaxial multilayer wafer according to any one of paragraphs 1 to 12, wherein the active layer has a dislocation density of less than 10 5 cm −2 .
14. Substrate has a sodium concentration greater than 10 16 cm -3, the active layer contains at least 100 times less sodium than the substrate, an epitaxial multilayer wafer of any of paragraphs 1-13.
15. 15. An epitaxial multilayer wafer according to any of paragraphs 1-14, wherein the substrate is a c-plane with a miscut greater than 0.1 degrees and less than 5 degrees.
16. An electronic device, comprising: a multilayer wafer according to any of paragraphs 1 to 15; and an electrode forming a depletion region outside the group III nitride wafer above the operating range of the electronic device.
17. A method of making a multilayer wafer, which is formed by ammonothermal method and has a second side opposite to the first side Ga 1-x1-y1 Al x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1, 0) a first side on the substrate of ≦ y1 ≦ 1), epitaxially deposited from the vapor phase of the active layer of Ga 1-x2-y2 Al x2 in y2 N (0 ≦ x2 ≦ 1,0 ≦ y2 ≦ 1) Forming an electronic device in the active layer after producing an electronic device with a first electrode on the first side of the wafer and a second electrode on the second side of the wafer. The depletion region formed has a sufficient thickness to be outside the substrate, the substrate has an oxygen concentration of more than 10 18 cm −3 , and the gas phase has 10 18 cm −3 in the active layer. A method having a concentration of oxygen sufficiently low to provide a lower concentration of oxygen.
18. Gas phase has an oxygen sufficiently low concentration to provide an oxygen concentration below 10 16 cm -3 in the active layer, the method described in paragraph 17.
19. A method of making a multilayer wafer, which is formed by ammonothermal method and has a second side on the opposite side of the first side Ga 1 -x 1 -y 1 Al x 1 In y 1 N (0 ≦ x 1 ≦ 1, 0 a first side on the substrate of ≦ y1 ≦ 1), epitaxially deposited from the vapor phase of the active layer of Ga 1-x2-y2 Al x2 in y2 N (0 ≦ x2 ≦ 1,0 ≦ y2 ≦ 1) Forming an electronic device in the active layer after producing an electronic device with a first electrode on the first side of the wafer and a second electrode on the second side of the wafer. The depletion region formed has a sufficient thickness to be outside the substrate, the substrate has an oxygen concentration of more than 10 18 cm −3 , and the active layer has an electron concentration of less than 10 18 cm −3. A method having a sufficiently low concentration of electron donors to provide in the active layer.
20. Active layer has a sufficiently low concentration electron donor to provide an electron concentration less than 10 16 cm -3 in the active layer, the method described in paragraph 19.
21. 21. The method of any of paragraphs 17-20, wherein the active layer is deposited to a thickness of at least about 5 microns.
22. The first surface of the transition layer is aligned with the crystal lattice of the first side of the substrate during the deposition step, and upon completion of the transition layer deposition step, the second opposite surface of the transition layer is the first side of the active layer. to align with the crystal lattice, while changing the concentration and / or deposition conditions of the reactants, the transition layer of Ga 1-x3-y3 Al x3 in y3 N (0 ≦ x3 ≦ 1,0 ≦ y3 ≦ 1) A method according to any of paragraphs 17-21, further comprising the step of epitaxially depositing
23. The method further includes depositing an additional amount of transition layer such that the transition layer cracks during the deposition step so that the second surface of the transition layer has no cracks. , The method according to paragraph 22.
24. The method according to paragraph 22 or 23, wherein the active layer is deposited to a thickness such that a depletion zone extends in part of the transition layer.
25. The method according to paragraph 24, wherein the depletion zone ends before reaching a crack in the transition layer.
26. 26. A method according to any of paragraphs 22-25, wherein the transition layer is doped with an impurity which prevents the diffusion of impurities contained in the substrate.
27. A method according to any of paragraphs 17 to 26, further comprising the step of depositing a current blocking layer between the III-nitride substrate and the active layer.
28. The active layer has a sufficiently low sodium concentration in the active layer contains at least 100 times less sodium than the substrate, the substrate contains sodium concentrations above 10 16 cm -3, paragraphs 17 to 27 The method described in either.
29. The method according to any of paragraphs 17-28, wherein the first side of the substrate is miscut by more than 0.1 degrees and less than 5 degrees with respect to the c-plane.
30. 30. The method of any of paragraphs 17-29, further comprising the step of providing an electrode.
31. An electronic device, Ga 1-x1-y1 Al x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1) and the substrate, Ga 1-x2-y2 Al x2 on the first side of the substrate The active layer of In y 2 N (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1), the back side ohmic contact on the second side opposite to the first side of the substrate, and the depth in the active layer And having a depletion region,
(A) The substrate has a dislocation density below 10 5 cm −2 ,
(B) the substrate has an electron concentration greater than 10 18 cm −3 ,
(C) The active layer has an electron concentration below 10 18 cm −3 ,
(D) An electronic device, wherein the active layer has a thickness that exceeds the depth of the depletion region for any applied voltage within the operating range of the device.
32. Electron concentration of the active layer, below 10 16 cm -3, an electron device according to paragraph 31.
33. An electronic device, Ga 1-x1-y1 Al x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1) and the substrate, Ga 1-x2-y2 Al x2 on the first side of the substrate The active layer of In y2 N (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1), the back side ohmic contact on the second side opposite to the first side of the substrate, and the depth in the active layer And having a depletion region,
(A) The substrate has a dislocation density below 10 5 cm −2 ,
(B) the substrate has an oxygen concentration greater than 10 18 cm -3 ,
(C) the active layer has an oxygen concentration below 10 18 cm −3 ,
(D) An electronic device, wherein the active layer has a thickness that exceeds the depth of the depletion region for any applied voltage within the operating range of the device.
34. Oxygen concentration in the active layer is less than 10 16 cm -3, an electron device according to paragraph 33.
35. Wherein between the substrate and the active layer Ga 1-x3-y3 Al x3 In y3 N (0 ≦ x3 ≦ 1,0 ≦ y3 ≦ 1) of the transition layer a further transition layer is grown by vapor phase epitaxy The electronic device according to any of paragraphs 31 to 34.
36. An electronic device, Ga 1-x1-y1 Al x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1) and the substrate, Ga 1-x2-y2 Al x2 on the first side of the substrate The active layer of In y2 N (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1), the back side ohmic contact on the second side opposite to the first side of the substrate, and the depth in the active layer It includes a depletion region, and a transition layer of Ga 1-x3-y3 Al x3 in y3 N (0 ≦ x3 ≦ 1,0 ≦ y3 ≦ 1), the having,
(A) The substrate has a dislocation density below 10 5 cm −2 ,
(B) the substrate has an oxygen concentration or electron concentration greater than 10 18 cm −3 ,
(C) The active layer has an oxygen concentration or electron concentration below 10 18 cm −3 ,
(D) An electronic device, wherein the active layer and the transition layer have a total thickness that exceeds the depth of the depletion region for any applied voltage within the operating range of the device.
37. Oxygen concentration in the active layer is less than 10 16 cm -3, an electron device according to paragraph 36.
38. The electronic device according to paragraph 36 or 37, wherein the electron concentration of the active layer is less than 10 16 cm −3 .
39. The electronic device according to any of paragraphs 36 to 38, wherein the active layer is thicker than the depth of the depletion region.
40. The electronic device according to any of paragraphs 36 to 38, wherein the depletion region extends into the transition layer.
41. The transition layer has an impurity concentration or alloy composition which changes along the growth direction such that lattice matching is realized at the interface between the substrate and the transition layer and the interface between the transition layer and the active layer. The electronic device according to any of 40.
42. The electronic device according to paragraphs 35-41, wherein the transition layer is thick enough to fill the cracks made at the interface between the substrate and the transition layer.
43. The electronic device according to paragraphs 35 to 42, wherein the transition layer is doped with an impurity that prevents the diffusion of the impurity contained in the substrate.
44. The substrate is made of a wafer made of bulk crystals of Ga 1-x 1-y 1 Al x 1 In y 1 N (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1) grown in supercritical ammonia, paragraph 31 The electronic device in any one of -43.
45. Substrate contains a sodium concentration greater than about 10 16 cm -3, the active layer has at least 100-fold less sodium concentration of the substrate, an electronic device according to any one of paragraphs 31 to 44.
46. The electronic device of any of paragraphs 31-45, wherein the active layer is grown by vapor phase epitaxy.
47. The electronic device according to any of paragraphs 31 to 46, wherein the wafer is a c-plane wafer having a miscut greater than 0.1 degrees and less than 5 degrees.
48. An electronic device according to any of paragraphs 31 to 47, wherein the depletion region has an adjacent Schottky contact or an adjacent pn junction.
49. The depletion region has a Schottky contact or a metal-insulator-semiconductor structure,
(A) a current blocking layer between the substrate and the active layer, the current blocking layer having a current aperture;
(B) further comprising a Schottky contact or a front ohmic contact adjacent to the metal-insulator-semiconductor structure;
The front ohmic contact and the Schottky contact or metal-insulator-semiconductor structure are arranged such that the voltage applied across the front ohmic contact and the Schottky contact regulates the current passing from the front ohmic contact to the back ohmic contact. The electronic device according to any one of paragraphs 31 to 47.
50. The electronic device according to paragraph 49, wherein the current blocking layer comprises silicon dioxide.
51. The electronic device according to paragraph 49, wherein the current blocking layer comprises a gas.
52. The electronic device according to paragraph 51, wherein the gas is air.
53. The electronic device according to paragraph 49, wherein the current blocking layer comprises p-type or semi-insulating Ga 1 -xy Al x In y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1).
54. The electronic device according to any of paragraphs 49-53, further comprising a high electron concentration region under the front side ohmic contact.
55. The electronic device of any of paragraphs 31-47, wherein the depletion region comprises a pn junction and further comprising an additional n-type semiconductor on the pn junction forming a bipolar transistor.
56. A method of making an electronic device, comprising
(A) the supercritical ammonia-Ga 1-x1-y1 grown in Al x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1) was sliced from the bulk crystal Ga 1-x1-y1 Al Ga 1-x2-y 2 Al x 2 In y 2 N (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1) on the first side of the substrate of x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1) Growing the active layer of Si by vapor phase epitaxy;
(B) forming an ohmic contact on the second side of the substrate;
(C) forming a Schottky contact, a metal-insulator-semiconductor structure, or a p-type semiconductor on the active layer;
Including
(D) the substrate has a dislocation density below 10 5 cm −2 ,
(E) the substrate has an electron concentration greater than 10 18 cm −3 ,
(F) the active layer has an electron concentration below 10 18 cm −3 ,
(G) The active layer has a thickness which exceeds the thickness of the depletion region for any applied voltage within the operating range of the device.
57. The method according to paragraph 56, wherein the electron concentration of the active layer is less than 10 16 cm −3 .
58. A method of manufacturing an electronic device,
(A) the supercritical ammonia-Ga 1-x1-y1 grown in Al x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1) was sliced from the bulk crystal Ga 1-x1-y1 Al Ga 1-x2-y 2 Al x 2 In y 2 N (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1) on the first side of the substrate of x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1) Growing the active layer of Si by vapor phase epitaxy;
(B) forming an ohmic contact on the second side of the substrate;
(C) forming a Schottky contact, a metal-insulator-semiconductor structure, or a p-type semiconductor on the active layer;
Including
(D) the substrate has a dislocation density below 10 5 cm −2 ,
(E) the substrate has an oxygen concentration of more than 10 18 cm −3 ;
(F) the active layer has an oxygen concentration below 10 18 cm −3 ,
(G) The active layer has a thickness which exceeds the thickness of the depletion region for any applied voltage within the operating range of the device.
59. The method according to paragraph 58, wherein the oxygen concentration of the active layer is less than 10 16 cm −3 .
60. Step (a) comprises the growth of the transition layer of Ga 1-x3-y3 Al x3 In y3 N (0 ≦ x3 ≦ 1,0 ≦ y3 ≦ 1) between the substrate and the active layer, paragraphs 56-59 The manufacturing method of the electronic device in any one of-.
61. Before the step of growing the active layer
(A) forming a dielectric layer on the first side of the substrate;
(B) forming a hole in the dielectric layer to expose a portion of the first side of the substrate;
A method of manufacturing an electronic device according to any of paragraphs 56 to 60, further comprising a Schottky contact, a metal-insulator-semiconductor structure or a p-type semiconductor is formed on the holes of the dielectric layer.
62. A method of producing an electronic device according to paragraph 61, wherein the dielectric layer comprises silicon dioxide.
63. The electronic device according to paragraph 61 or paragraph 62, wherein the transition layer and / or the active layer is formed using vapor phase epitaxy which selectively deposits the material of the layer in and on the side of the pores of the dielectric layer. How to make it.
64. The method for producing an electronic device according to paragraph 63, wherein the material to be laterally deposited extends to adjacent devices on the substrate such that the active layer forms a continuous film.
65. The method of making an electronic device according to paragraph 63, wherein the material deposited laterally does not extend to adjacent devices on the substrate such that the active layer forms a discontinuous film.
66. The invention according to any of the paragraphs above wherein x1 = x2 = x3 = 0 and y1 = y2 = y3 = 0.

本発明の好ましい実施形態の前述の説明は、例示および記述のために提示された。網羅的であることまたは開示された正確な形態に本発明を限定することは、意図されない。多くの改変および変形が上記の教示に照らして可能である。本発明の範囲は、この詳細な説明によってはなく、むしろ、本明細書に付随の特許請求の範囲によって、限定されるものによって限定されることが意図される。
(参考文献)
The foregoing description of the preferred embodiments of the present invention has been presented for the purposes of illustration and description. It is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise form disclosed. Many modifications and variations are possible in light of the above teaching. It is intended that the scope of the present invention be limited not by this detailed description, but rather by the claims appended hereto.
(References)

以下の参考文献は、参照により本明細書に組み込まれる。
[1]R. Dwilinski、R. Doradzinski、J. Garczynski、L. Sierzputowski、Y. Kanbara、米国特許第6,656,615号。
[2]R. Dwilinski、R. Doradzinski、J. Garczynski、L. Sierzputowski、Y. Kanbara、米国特許第7,132,730号。
[3]R. Dwilinski、R. Doradzinski、J. Garczynski、L. Sierzputowski、Y. Kanbara、米国特許第7,160,388号。
[4]K. Fujito、T. Hashimoto、S. Nakamura、国際特許出願番号第PCT/US2005/024239号、第WO07008198号。
[5]T. Hashimoto、M. Saito、S. Nakamura、国際特許出願番号第PCT/US2007/008743号、WO07117689号。米国特許出願第20070234946号、2007年4月6日出願の米国特許出願シリアル番号11/784,339もまた参照されたい。
[6]D’ Eyelyn、米国特許第7,078,731号。
The following references are incorporated herein by reference.
[1] R. Dwilinski, R. Doradzinski, J.M. Garczynski, L. Sierzputowski, Y. Kanbara, U.S. Patent No. 6,656,615.
[2] R. Dwilinski, R. Doradzinski, J.M. Garczynski, L. Sierzputowski, Y. Kanbara, U.S. Patent No. 7,132,730.
[3] R. Dwilinski, R. Doradzinski, J.M. Garczynski, L. Sierzputowski, Y. Kanbara, U.S. Patent No. 7,160,388.
[4] K. Fujito, T .; Hashimoto, S. Nakamura, International Patent Application Nos. PCT / US2005 / 024239, WO07008198.
[5] T. Hashimoto, M. Saito, S. Nakamura, International Patent Application No. PCT / US2007 / 008743, WO07117689. See also US Patent Application Serial No. 11 / 784,339, filed US Patent Application No. 20070234946, filed April 6, 2007.
[6] D 'Eyelyn, U.S. Patent No. 7,078,731.

上記参考文献のそれぞれは、特に、製造アモノサーマル法を用いた作製方法およびこれらの窒化ガリウム基板を使用する方法の記述に関して、本明細書に完全に記載されているかのごとくその全体が参照により組み込まれる。   Each of the above references is incorporated by reference in its entirety as if fully set forth herein, particularly with reference to fabrication methods using fabrication amonothermal methods and methods using these gallium nitride substrates. Be incorporated.

Claims (54)

電子デバイスを製造するためのエピタキシャル多層ウエハであって、前記エピタキシャル多層ウエハは、(i)第1の側および前記第1の側とは反対側の第2の側を有するGa1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)のIII族窒化物基板と、(ii)前記III族窒化物基板の前記第1の側上にあるGa1−x2−y2Alx2Iny2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層とを含み、
(a)前記III族窒化物基板の転位密度は、10cm−2を下回り、
(b)前記III族窒化物基板は、1018cm−3を上回る電子濃度を有し、
(c)前記III族窒化物基板は、超臨界アンモニア中で成長させられたGa1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)のバルク結晶から作製され、
(d)前記活性層は、1016cm−3を下回る酸素濃度を有するエピタキシャルに堆積された層であり、
(e)前記活性層は、前記ウエハの前記第1の側上にある第1の電極と前記ウエハの前記第2の側上にある第2の電極とを伴う前記電子デバイスを作製した後で前記活性層内に形成される空乏領域が、前記III族窒化物基板の外側になる十分な厚さを有する、エピタキシャル多層ウエハ。
An epitaxial multilayer wafer for producing electronic devices, the epitaxial multilayer wafer, Ga 1-x1-y1 having (i) a second side opposite to the first side and the first side A group III nitride substrate of Al x 1 In y 1 N (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1), and (ii) Ga 1-x2-y 2 on the first side of the group III nitride substrate And an active layer of Al x 2 In y 2 N (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1),
(A) The dislocation density of the group III nitride substrate is less than 10 5 cm −2 ,
(B) the group III nitride substrate has an electron concentration of more than 10 18 cm −3 ;
(C) said group III nitride substrate is made from bulk crystals grown in supercritical ammonia Ga 1-x1-y1 Al x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1) ,
(D) the active layer is an epitaxially deposited layer having an oxygen concentration below 10 16 cm −3 ,
(E) the active layer is fabricated after the electronic device is fabricated with a first electrode on the first side of the wafer and a second electrode on the second side of the wafer An epitaxial multilayer wafer, wherein the depletion region formed in the active layer has a sufficient thickness to be outside the group III nitride substrate.
前記活性層の前記厚さは、5ミクロンを上回る、請求項1に記載のエピタキシャル多層ウエハ。   The epitaxial multilayer wafer of claim 1, wherein the thickness of the active layer is greater than 5 microns. 前記III族窒化物基板と前記活性層との間にGa1−x3−y3Alx3Iny3N(0≦x3≦1、0≦y3≦1)の遷移層をさらに含み、前記遷移層の第1の側は、前記III族窒化物基板の前記第1の側の結晶格子と整合する結晶格子を有し、前記遷移層の第2の側は、前記活性層の第1の側の結晶格子と整合する結晶格子を有する、請求項1または請求項2に記載のエピタキシャル多層ウエハ。 A transition layer of Ga 1 -x 3 -y 3 Al x 3 In y 3 N (0 ≦ x 3 ≦ 1, 0 ≦ y 3 ≦ 1) between the group III nitride substrate and the active layer; The first side has a crystal lattice that matches the crystal lattice of the first side of the group III nitride substrate, and the second side of the transition layer has a crystal lattice of the first side of the active layer An epitaxial multilayer wafer according to claim 1 or claim 2 having a crystal lattice matched to. 前記遷移層は、気相エピタキシにより成長させられる、請求項3に記載のエピタキシャル多層ウエハ。   The epitaxial multilayer wafer of claim 3, wherein the transition layer is grown by vapor phase epitaxy. 前記遷移層は、前記III族窒化物基板と前記遷移層との間の界面に形成される割れを埋めるのに十分な厚さである、請求項3または請求項4に記載のエピタキシャル多層ウエハ。   The epitaxial multilayer wafer according to claim 3 or 4, wherein the transition layer is thick enough to fill a crack formed at an interface between the group III nitride substrate and the transition layer. 前記空乏領域は、前記遷移層内に延在する、請求項3〜5のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。   The epitaxial multilayer wafer according to any of claims 3 to 5, wherein the depletion region extends into the transition layer. 前記活性層は、前記空乏領域より厚い、請求項3〜5のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。   The epitaxial multilayer wafer according to any one of claims 3 to 5, wherein the active layer is thicker than the depletion region. 前記遷移層は、前記III族窒化物基板に含まれる不純物の拡散を防止する不純物でドープされる、請求項3〜7のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。   The epitaxial multilayer wafer according to any one of claims 3 to 7, wherein the transition layer is doped with an impurity that prevents diffusion of an impurity contained in the group III nitride substrate. 前記III族窒化物基板と前記活性層との間に電流ブロック層をさらに含む、請求項1〜8のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。   The epitaxial multilayer wafer according to any one of claims 1 to 8, further comprising a current blocking layer between the group III nitride substrate and the active layer. 前記活性層は、10cm−2を下回る転位密度を有する、請求項1〜9のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。 The epitaxial multilayer wafer according to any one of claims 1 to 9, wherein the active layer has a dislocation density below 10 5 cm -2 . 前記III族窒化物基板は、1016cm−3を上回るナトリウム濃度を有し、前記活性層は、前記III族窒化物基板より少なくとも100倍少ないナトリウムを含有する、請求項1〜10のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。 The III-nitride substrate is 10 16 cm has a sodium concentration greater than -3, the active layer, the containing group III least 100 times less sodium than nitride substrate, any one of claims 1 to 10, The epitaxial multilayer wafer according to claim 1. 前記III族窒化物基板は、0.1度を上回り5度を下回るミスカットを伴うc平面である、請求項1〜11のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハ。   The epitaxial multilayer wafer according to any of the preceding claims, wherein said III-nitride substrate is a c-plane with a miscut of more than 0.1 degrees and less than 5 degrees. 電子デバイスであって、前記電子デバイスは、請求項1〜12のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハを含み、前記第1の電極および前記第2の電極は、前記電子デバイスの動作範囲にわたって任意の印加電圧に対して前記III族窒化物基板の外側に前記空乏領域を形成する、電子デバイス。   An electronic device, comprising the epitaxial multilayer wafer according to any of claims 1 to 12, wherein the first electrode and the second electrode are optional over the operating range of the electronic device. An electronic device, wherein the depletion region is formed outside the group III nitride substrate with respect to an applied voltage. 多層ウエハを作る方法であって、前記方法は、アモノサーマル法によって形成され、第1の側の反対側に第2の側を有するGa1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)の基板の前記第1の側上に、Ga1−x2−y2Alx2Iny2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層を気相からエピタキシャルに堆積させるステップを含み、前記活性層は、前記ウエハの前記第1の側上にある第1の電極と前記ウエハの前記第2の側上にある第2の電極とを伴う電子デバイスを作製した後で前記活性層内に形成される空乏領域が、前記基板の外側となる十分な大きさの厚さを有し、前記基板は、1018cm−3を上回る酸素濃度を有し、前記気相は、前記活性層内に1016cm−3を下回る酸素濃度を提供するのに十分に低い濃度の酸素を有する、方法。 A method of making a multilayer wafer, said method being formed by ammonothermal method and having a second side on the opposite side of the first side Ga 1 -x 1 -y 1 Al x 1 In y 1 N (0 ≦ x 1 On the first side of the substrate of ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1), an active layer of Ga 1−x 2 −y 2 Al x 2 In y 2 N (0 ≦ x 2 ≦ 1, 0 ≦ y 2 ≦ 1) is vapor phase Epitaxially depositing from the substrate, the active layer comprising an electronic device with a first electrode on the first side of the wafer and a second electrode on the second side of the wafer depletion region formed in the active layer after prepared has a thickness large enough to be outside of the substrate, the substrate has an oxygen concentration greater than 10 18 cm -3 the gas phase oxygen concentrations below 10 16 cm -3 in the active layer An oxygen sufficiently low concentration to provide a method. 前記活性層は、少なくとも約5ミクロンの厚さに堆積される、請求項14に記載の方法。   15. The method of claim 14, wherein the active layer is deposited to a thickness of at least about 5 microns. 前記活性層をエピタキシャルに堆積させる前に、反応物の濃度および/または堆積条件を変化させながら、Ga1−x3−y3Alx3Iny3N(0≦x3≦1、0≦y3≦1)の遷移層をエピタキシャルに堆積させるステップをさらに含み、これにより、前記遷移層をエピタキシャルに堆積させるステップの間に前記遷移層の第1の面が前記基板の前記第1の側の結晶格子に整合し、前記遷移層をエピタキシャルに堆積させるステップの完了に際して前記遷移層の第2の反対面が前記活性層の第1の側の結晶格子と整合する、請求項14または請求項15に記載の方法。 Before depositing the active layer epitaxially, while changing the concentration and / or deposition conditions of the reactants, Ga 1-x3-y3 Al x3 In y3 N of (0 ≦ x3 ≦ 1,0 ≦ y3 ≦ 1) The method further includes epitaxially depositing a transition layer, whereby the first surface of the transition layer is aligned with the crystalline lattice of the first side of the substrate during the step of epitaxially depositing the transition layer. The method according to claim 14 or 15, wherein upon completion of the step of epitaxially depositing the transition layer, the second opposite surface of the transition layer is aligned with the crystal lattice on the first side of the active layer. 前記遷移層をエピタキシャルに堆積させるステップの間に前記遷移層が割れ、前記方法が、前記遷移層の前記第2の表面が割れを有さないよう前記遷移層の割れを埋めるように、前記遷移層の付加的な量を堆積させるステップをさらに含む、請求項16に記載の方法。   The transition such that the transition layer breaks during the step of epitaxially depositing the transition layer, and the method fills the cracks in the transition layer so that the second surface of the transition layer does not have a crack. 17. The method of claim 16, further comprising depositing an additional amount of layer. 前記活性層は、前記遷移層の一部に前記空乏領域が延在するような厚さに堆積される、請求項16または請求項17に記載の方法。   The method according to claim 16 or 17, wherein the active layer is deposited to a thickness such that the depletion region extends over a portion of the transition layer. 前記空乏領域は、前記遷移層内の割れに届く前に終わる、請求項18に記載の方法。   19. The method of claim 18, wherein the depletion region ends before reaching a crack in the transition layer. 前記遷移層は、前記基板に含まれる不純物の拡散を防止する不純物でドープされる、請求項16〜19のいずれかに記載の方法。   20. The method according to any of claims 16-19, wherein the transition layer is doped with an impurity that prevents diffusion of impurities contained in the substrate. 前記基板と前記活性層との間に電流ブロック層を堆積させるステップをさらに含む、請求項14〜20のいずれかに記載の方法。   21. A method according to any of claims 14-20, further comprising the step of depositing a current blocking layer between the substrate and the active layer. 前記活性層は、前記活性層が前記基板より少なくとも100倍少ないナトリウムを含有するのに十分に低いナトリウム濃度を有し、前記基板は、1016cm−3を上回る濃度のナトリウムを含有する、請求項14〜21のいずれかに記載の方法。 The active layer has a sodium concentration sufficiently low that the active layer contains at least 100 times less sodium than the substrate, and the substrate contains sodium at a concentration greater than 10 16 cm −3. The method according to any one of Items 14 to 21. 前記基板の前記第1の側は、c平面に対し、0.1度を上回り5度を下回ってミスカットされる、請求項14〜22のいずれかに記載の方法。   23. The method of any of claims 14-22, wherein the first side of the substrate is miscut by more than 0.1 degrees and less than 5 degrees with respect to the c-plane. 前記第1の電極および前記第2の電極を提供するステップをさらに含む、請求項14〜23のいずれかに記載の方法。   24. The method of any of claims 14-23, further comprising the step of providing the first electrode and the second electrode. 電子デバイスであって、前記電子デバイスは、Ga1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)の基板と、前記基板の第1の側上のGa1−x2−y2Alx2Iny2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層と、前記基板の前記第1の側とは反対側の第2の側上の裏側オーミック接点と、前記活性層内の深さを有する空乏領域とを含み、
(a)前記基板は、10cm−2を下回る転位密度を有し、
(b)前記基板は、1018cm−3を上回る酸素濃度を有し、
(c)前記活性層は、1016cm−3を下回る酸素濃度を有し、
(d)前記活性層は、前記デバイスの動作範囲内の任意の印加電圧について前記空乏領域の深さを上回る厚さを有する、電子デバイス。
An electronic device, said electronic device, Ga 1-x1-y1 Al x1 In y1 and the substrate N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1), Ga 1 on the first side of the substrate an active layer -x2-y2 Al x2 in y2 N (0 ≦ x2 ≦ 1,0 ≦ y2 ≦ 1), and said first side of said substrate and backside ohmic contact on a second side opposite to A depletion region having a depth in the active layer,
(A) The substrate has a dislocation density below 10 5 cm -2 ,
(B) the substrate has an oxygen concentration greater than 10 18 cm -3 ;
(C) the active layer has an oxygen concentration below 10 16 cm −3 ,
(D) The electronic device, wherein the active layer has a thickness that exceeds the depth of the depletion region for any applied voltage within the operating range of the device.
前記基板と前記活性層との間にGa1−x3−y3Alx3Iny3N(0≦x3≦1、0≦y3≦1)の遷移層をさらに含み、前記遷移層は、気相エピタキシによって成長させられる、請求項25に記載の電子デバイス。 Further comprising a transition layer of Ga 1-x3-y3 Al x3 In y3 N (0 ≦ x3 ≦ 1,0 ≦ y3 ≦ 1) between the substrate and the active layer, the transition layer by vapor phase epitaxy 26. The electronic device of claim 25, grown. 電子デバイスであって、前記電子デバイスは、Ga1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)の基板と、前記基板の第1の側上のGa1−x2−y2Alx2Iny2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層と、前記基板の前記第1の側とは反対側の第2の側上の裏側オーミック接点と、前記活性層内の深さを有する空乏領域と、Ga1−x3−y3Alx3Iny3N(0≦x3≦1,0≦y3≦1)の遷移層とを含み、
(a)前記基板は、10cm−2を下回る転位密度を有し、
(b)前記基板は、1018cm−3を上回る酸素濃度または電子濃度を有し、
(c)前記活性層は、1018cm−3を下回る酸素濃度または電子濃度を有し、
(d)前記活性層および前記遷移層は、前記デバイスの動作範囲内の任意の印加電圧について前記空乏領域の深さを上回る合計厚さを有し、
(e)前記活性層の酸素濃度は、1016cm−3を下回る、電子デバイス。
An electronic device, said electronic device, Ga 1-x1-y1 Al x1 In y1 and the substrate N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1), Ga 1 on the first side of the substrate an active layer -x2-y2 Al x2 in y2 N (0 ≦ x2 ≦ 1,0 ≦ y2 ≦ 1), and said first side of said substrate and backside ohmic contact on a second side opposite to A depletion region having a depth in the active layer, and a transition layer of Ga 1 -x 3 -y 3 Al x 3 In y 3 N (0 ≦ x 3 ≦ 1, 0 ≦ y 3 ≦ 1),
(A) The substrate has a dislocation density below 10 5 cm -2 ,
(B) the substrate has an oxygen concentration or an electron concentration greater than 10 18 cm −3 ,
(C) the active layer has an oxygen concentration or an electron concentration less than 10 18 cm −3 ,
(D) the active layer and the transition layer have a total thickness above the depth of the depletion region for any applied voltage within the operating range of the device;
(E) The electronic device whose oxygen concentration of the said active layer is less than 10 < 16 > cm <-3 >.
前記活性層の電子濃度は、1016cm−3を下回る、請求項27に記載の電子デバイス。 Electron concentration of the active layer, below 10 16 cm -3, an electronic device according to claim 27. 前記活性層は、前記空乏領域の深さより厚い、請求項27または請求項28に記載の電子デバイス。   The electronic device according to claim 27 or 28, wherein the active layer is thicker than the depth of the depletion region. 前記空乏領域は、前記遷移層内に延在する、請求項27または請求項28に記載の電子デバイス。   29. The electronic device of claim 27 or 28, wherein the depletion region extends into the transition layer. 前記遷移層は、前記遷移層と前記基板との間の界面ならびに前記遷移層と前記活性層との間の界面で格子整合が実現されるように、成長方向に沿って変化する不純物濃度または合金組成を有する、請求項26〜30のいずれかに記載の電子デバイス。   The transition layer has an impurity concentration or alloy that changes along the growth direction such that lattice matching is achieved at the interface between the transition layer and the substrate as well as at the interface between the transition layer and the active layer. The electronic device according to any of claims 26 to 30, having a composition. 前記遷移層は、前記基板と前記遷移層との間の界面に作られた割れを埋めるのに十分厚い、請求項26〜31のいずれかに記載の電子デバイス。   32. The electronic device of any of claims 26-31, wherein the transition layer is thick enough to fill a crack made at the interface between the substrate and the transition layer. 前記遷移層は、前記基板に含まれる不純物の拡散を防止する不純物でドープされる、請求項26〜32のいずれかに記載の電子デバイス。   33. The electronic device of any of claims 26-32, wherein the transition layer is doped with an impurity that prevents diffusion of impurities contained in the substrate. 前記基板は、超臨界アンモニア中で成長させられたGa1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)のバルク結晶から作製されたウエハで作られる、請求項25〜33のいずれかに記載の電子デバイス。 The substrate is made of a wafer made of bulk crystals of Ga 1-x 1-y 1 Al x 1 In y 1 N (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1) grown in supercritical ammonia. Item 34. The electronic device according to any one of items 25 to 33. 前記基板は、約1016cm−3を上回る濃度のナトリウムを含有し、前記活性層は、前記基板の少なくとも100倍少ないナトリウム濃度を有する、請求項25〜34のいずれかに記載の電子デバイス。 The substrate contains a sodium concentration greater than about 10 16 cm -3, the active layer, wherein at least 100-fold less sodium concentration of the substrate, an electronic device according to any one of claims 25 to 34. 前記活性層は、気相エピタキシにより成長させられる、請求項25〜35のいずれかに記載の電子デバイス。   36. The electronic device of any of claims 25-35, wherein the active layer is grown by vapor phase epitaxy. 前記ウエハは、0.1度を上回り5度を下回るミスカットを伴うc平面ウエハである、請求項34に記載の電子デバイス。   35. The electronic device of claim 34, wherein the wafer is a c-plane wafer with a miscut greater than 0.1 degrees and less than 5 degrees. 前記空乏領域に隣接するショットキー接点または前記空乏領域に隣接するpn接合をさらに含む、請求項25〜37のいずれかに記載の電子デバイス。   38. The electronic device of any of claims 25-37, further comprising a Schottky contact adjacent to the depletion region or a pn junction adjacent to the depletion region. (a)前記空乏領域に隣接するショットキー接点または金属−絶縁体−半導体構造と、
(b)前記基板と前記活性層との間の電流ブロック層であって、前記電流ブロック層は、電流開口を有する、電流ブロック層と、
(c)前記ショットキー接点または前記金属−絶縁体−半導体構造に隣接する表側オーミック接点と
をさらに含み、
前記表側オーミック接点および前記ショットキー接点もしくは前記金属−絶縁体−半導体構造は、前記表側オーミック接点および前記ショットキー接点にわたって印加された電圧により前記表側オーミック接点から前記裏側オーミック接点までを通る電流を規制するように配置される、請求項25〜37のいずれかに記載の電子デバイス。
(A) Schottky contact or metal-insulator-semiconductor structure adjacent to the depletion region;
(B) a current blocking layer between the substrate and the active layer, wherein the current blocking layer has a current aperture;
(C) further comprising a front side ohmic contact adjacent to the Schottky contact or the metal-insulator-semiconductor structure;
The front-side ohmic contact and the Schottky contact or the metal-insulator-semiconductor structure regulate the current passing from the front-side ohmic contact to the back-side ohmic contact by a voltage applied across the front-side ohmic contact and the Schottky contact The electronic device according to any one of claims 25 to 37, wherein the electronic device is arranged to
前記電流ブロック層は、二酸化ケイ素を含む、請求項39に記載の電子デバイス。   40. The electronic device of claim 39, wherein the current blocking layer comprises silicon dioxide. 前記電流ブロック層は、ガスを含む、請求項39に記載の電子デバイス。   40. The electronic device of claim 39, wherein the current blocking layer comprises a gas. 前記ガスは、空気である、請求項41に記載の電子デバイス。   42. The electronic device of claim 41, wherein the gas is air. 前記電流ブロック層は、p型または半絶縁性のGa1−x−yAlInN(0≦x≦1、0≦y≦1)を含む、請求項39に記載の電子デバイス。 It said current blocking layer comprises Ga of the p-type or semi-insulating 1-x-y Al x In y N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1), an electronic device according to claim 39. 前記表側オーミック接点の下に高電子濃度領域をさらに含む、請求項39〜43のいずれかに記載の電子デバイス。   44. The electronic device of any of claims 39-43, further comprising a high electron concentration region under the front side ohmic contact. 前記空乏領域に隣接するpn接合と、前記pn接合上の付加的なn型半導体とをさらに含み、これにより、バイポーラトランジスタを形成する、請求項25〜37のいずれかに記載の電子デバイス。   38. The electronic device of any of claims 25-37, further comprising a pn junction adjacent the depletion region and an additional n-type semiconductor on the pn junction, thereby forming a bipolar transistor. 電子デバイスを作製する方法であって、
(a)超臨界アンモニア中で成長させられたGa1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)のバルク結晶からスライスされたGa1−x1−y1Alx1Iny1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1)の基板の第1の側上にGa1−x2−y2Alx2Iny2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1)の活性層を気相エピタキシで成長させるステップと、
(b)前記基板の第2の側上にオーミック接点を形成するステップと、
(c)前記活性層上にショットキー接点、金属−絶縁体−半導体構造、またはp型半導体を形成するステップと
を含み、
(d)前記基板は、10cm−2を下回る転位密度を有し、
(e)前記基板は、1018cm−3を上回る酸素濃度を有し、
(f)前記活性層は、1016cm−3を下回る酸素濃度を有し、
(g)前記活性層は、前記デバイスの動作範囲内の任意の印加電圧について空乏領域の厚さを上回る厚さを有する、電子デバイスを作製する方法。
A method of making an electronic device, comprising
(A) the supercritical ammonia-Ga 1-x1-y1 grown in Al x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1) was sliced from the bulk crystal Ga 1-x1-y1 Al Ga 1-x2-y 2 Al x 2 In y 2 N (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1) on the first side of the substrate of x1 In y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1) Growing the active layer of Si by vapor phase epitaxy;
(B) forming an ohmic contact on the second side of the substrate;
(C) forming a Schottky contact, a metal-insulator-semiconductor structure, or a p-type semiconductor on the active layer;
(D) the substrate has a dislocation density below 10 5 cm −2 ,
(E) the substrate has an oxygen concentration greater than 10 18 cm -3 ;
(F) the active layer has an oxygen concentration below 10 16 cm −3 ,
(G) A method of making an electronic device wherein the active layer has a thickness that exceeds the thickness of the depletion region for any applied voltage within the operating range of the device.
ステップ(a)は、前記基板と前記活性層との間におけるGa1−x3−y3Alx3Iny3N(0≦x3≦1、0≦y3≦1)の遷移層の成長を含む、請求項46に記載の電子デバイスを作製する方法。 Step (a) comprises the growth of the transition layer of Ga 1-x3-y3 Al x3 In y3 N (0 ≦ x3 ≦ 1,0 ≦ y3 ≦ 1) between the substrate and the active layer, claim 46. A method of producing the electronic device according to 46. 前記活性層を成長させるステップの前に、
(a)前記基板の前記第1の側上に誘電体層を形成するステップと、
(b)前記基板の前記第1の側の一部を露出するように前記誘電体層内に孔を形成するステップと
をさらに含み、
前記ショットキー接点、金属−絶縁体−半導体構造、またはp型半導体は、前記誘電体層の前記孔の上に形成される、請求項46または請求項47に記載の電子デバイスを作製する方法。
Before the step of growing the active layer
(A) forming a dielectric layer on the first side of the substrate;
(B) forming a hole in the dielectric layer to expose a portion of the first side of the substrate;
48. A method of making an electronic device according to claim 46 or 47, wherein the Schottky contact, metal-insulator-semiconductor structure or p-type semiconductor is formed on the hole of the dielectric layer.
前記誘電体層は、二酸化ケイ素を含む、請求項48に記載の電子デバイスを作製する方法。   49. The method of making an electronic device of claim 48, wherein the dielectric layer comprises silicon dioxide. 前記遷移層および/または前記活性層は、前記遷移層および/または前記活性層の材料を前記誘電体層の前記孔内およびその後側方に選択的に堆積する気相エピタキシを用いて形成される、請求項48または請求項49に記載の電子デバイスを作製する方法。   The transition layer and / or the active layer are formed using vapor phase epitaxy which selectively deposits the material of the transition layer and / or the active layer in the pores of the dielectric layer and behind it. 50. A method of making an electronic device according to claim 48 or 49. 側方に堆積される前記材料は、前記活性層が連続膜を形成するように前記基板上の隣接するデバイスに延在する、請求項50に記載の電子デバイスを作製する方法。   51. A method of making an electronic device according to claim 50, wherein the laterally deposited material extends to adjacent devices on the substrate such that the active layer forms a continuous film. 側方に堆積される前記材料は、前記活性層が不連続膜を形成するように前記基板上の隣接するデバイスに延在しない、請求項50に記載の電子デバイスを作製する方法。   51. A method of making an electronic device according to claim 50, wherein the material deposited laterally does not extend to adjacent devices on the substrate such that the active layer forms a discontinuous film. x1=x2=x3=0およびy1=y2=y3=0である、請求項3〜8のいずれかに記載のエピタキシャル多層ウエハThe epitaxial multilayer wafer according to any of claims 3 to 8 , wherein x1 = x2 = x3 = 0 and y1 = y2 = y3 = 0. x1=x2=x3=0およびy1=y2=y3=0である、請求項26〜33のいずれかに記載の電子デバイス。34. The electronic device of any of claims 26-33, wherein x1 = x2 = x3 = 0 and y1 = y2 = y3 = 0.
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