DE112004000136T5 - Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung Download PDF

Info

Publication number
DE112004000136T5
DE112004000136T5 DE112004000136T DE112004000136T DE112004000136T5 DE 112004000136 T5 DE112004000136 T5 DE 112004000136T5 DE 112004000136 T DE112004000136 T DE 112004000136T DE 112004000136 T DE112004000136 T DE 112004000136T DE 112004000136 T5 DE112004000136 T5 DE 112004000136T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
buffer layer
buffer
semiconductor
sub
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE112004000136T
Other languages
English (en)
Other versions
DE112004000136B4 (de
Inventor
Masataka Niiza Yanagihara
Masahiro Niiza Sato
Tetsuji Niiza Moku
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanken Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanken Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanken Electric Co Ltd filed Critical Sanken Electric Co Ltd
Publication of DE112004000136T5 publication Critical patent/DE112004000136T5/de
Application granted granted Critical
Publication of DE112004000136B4 publication Critical patent/DE112004000136B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H01L29/7782—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET
    • H01L29/7783—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET using III-V semiconductor material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/15—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. multiple quantum wells, superlattices
    • H01L29/151—Compositional structures
    • H01L29/152—Compositional structures with quantum effects only in vertical direction, i.e. layered structures with quantum effects solely resulting from vertical potential variation
    • H01L29/155—Comprising only semiconductor materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L29/2003—Nitride compounds

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Halbleiterbauelement mit einem Substrat (1) aus Silicium oder einer Siliciumverbindung, einer Pufferschicht (2, 2a, 2b, 2c oder 2d) auf einer der Hauptoberfläche gegenüberliegenden Oberfläche des Substrates und einer Haupthalbleiterzone (3 oder 3a) mit mindestens einer Nitrid-Halbleiterschicht, welche auf der Pufferschicht ausgebildet ist, wodurch ein Halbleiterbauelement bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht:
eine erste Teilschicht (8, 8a oder 8b) aus einem Nitrid-Halbleiter, welcher Aluminium in einem ersten Anteil enthält;
eine zweite Teilschicht (9, 9a oder 9b) aus einem Nitrid-Halbleiter, welcher Aluminium in einem zweiten Anteil enthält, der entweder Null oder geringer als der erste Anteil ist; und
eine dritte Teilschicht (10 oder 10a) umfasst, welche zwischen der ersten und der zweiten Teilschicht eingeschoben ist und aus einer Substanz besteht, welche die Bildung eines zweidimensionalen Elektronengases einschränken kann.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung betrifft Halbleiterbauelemente, wie schnelle Metallhalbleiterfeldtransistoren (MESFETs) und Transistoren mit hoher Elektronenmobilität (HEMTs) und ein Verfahren zur Herstellung derartiger Halbleiterbauelemente.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Halbleiterbauelemente, in denen Verbindungshalbleiter auf Galliumnitrid-Basis Verwendung finden, beispielsweise MESFETs und HEMTs, sind bekannt.
  • Bei einem typischen Halbleiterbauelement unter Verwendung von Halbleitern auf Basis von Galliumnitridverbindung nach dem Stand der Technik wird die Verbindungshalbleiterzone über einer Niedertemperaturpufferschicht aus GaN oder AlN auf einem elektrisch isolierenden Substrat aus Saphir gebildet, wobei die Pufferschicht bei einer relativ geringen Substrattemperatur von etwa 500° bis 600°C gebildet wurde.
  • Spezieller wird im Fall eines MESFET eine Arbeitsschicht, die als Kanalschicht aus siliciumdotiertem n-GaN bezeichnet wird, über einer Niedertemperaturpufferschicht aus GaN oder AlN auf einem isolierenden Saphirsubstrat gebildet. Die Source-, Drain- und Gate-Elektroden sind auf der Oberfläche der Arbeitsschicht ausgebildet.
  • Andererseits werden im Fall eines HEMT eine Elektronen durchleitende Schicht oder Kanalschicht aus undotiertem GaN und eine elektronenliefernde Schicht aus n-AlGaN über einer Niedertemperaturpufferschicht aus GaN oder AlN auf einem isolierenden Saphirsubstrat gebildet. Die Source-, Drain- und Gate-Elektroden sind auf der Oberfläche der elektronenliefernden Schicht ausgebildet.
  • Ein Problem des Saphirsubstrats ist dessen Härte, was das Schneiden sehr schwierig und ineffizient macht. Ein weiteres Problem liegt darin, dass Saphir teuer ist, was sich im Wesentlichen auf die Herstellungskosten der betroffenen Halbleiterbauelemente auswirkt.
  • Noch ein weiteres Problem der Saphirsubstrate ist deren geringe Wärmeleitfähigkeit von 0,126 W/cm·K. Dadurch, dass das Saphirsubstrat die während des Betriebs des Bauelements erzeugte Wärme nicht ausreichend freisetzen kann, verschlechtert es die Leistungseigenschaften des Bauelements, wie die Fähigkeit, Spannung zu widerstehen und Leistungsverstärkung.
  • Ein weiteres Problem zeigte sich in Verbindung mit der Heteroübergangszone des HEMT aus dem Stand der Technik, das aus GaN- und AlGaN-Schichten aufgebaut war. Demzufolge zeigte die AlGaN-Schicht aufgrund der Gitterfehlanpassung zwischen den GaN- und AlGaN-Schichten schon an sich eine Zugspannung oder Zugdehnung. Die Zugspannung hatte eine piezoelektrische Depolarisation an der Übergangsstelle zwischen den GaN- und AlGaN-Schichten zur Folge. Zusammen erzeugten die spontane Depolarisation und die piezoelektrische Depolarisation ein elektrisches Feld in der Größenordnung mehrerer Megavolt pro Zentimeter an der Heteroübergangszone zwischen den GaN- und AlGaN-Schichten. Das elektrische Feld wiederum erzeugte in der Kanalschicht ein zweidimensionales Elektronengas der Größenordnung von 1013 cm-2, was zu einer Abnahme des Schichtwiderstands der Kanalschicht führte, wodurch der Drain-Strom zunahm. Der verringerte Schichtwiderstand der Kanalschicht aufgrund des zweidimensionalen Elektronengases ist eine anerkannte Stärke des HEMT mit einer GaN-AlGaN Heteroübergangszone.
  • Was dem aufgezeigten Vorteil des HEMT entgegenwirkt, ist die Tatsache, dass sich das Saphirsubstrat thermisch leicht ausdehnt, da Saphir einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als die Nitridhalbleiter haben. Dieser Unter schied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten führt zu einer Druckbelastung auf die epitaktisch gewachsenen Schichten. Solche Druckbelastungen verringerten die piezoelektrische Depolarisation, indem sie in einer Richtung wirken, um die Zugspannung in der AlGaN-Schicht, die durch die Gitterfehlanpassung in der GaN-Schicht verursacht wird, auszuschalten. Dies führte zu einer Abnahme der Elektronendichte des zweidimensionalen Elektronengases in der Kanalschicht, wodurch verhindert wurde, dass das HEMT in der GaN-AlGaN-Heteroübergangszone seine volle Stärke ausbildete.
  • In einem Versuch zur Lösung der oben diskutierten Probleme haben die japanische Offenlegungsschrift Nr. 2001-274376 und die japanische Patentanmeldung Nr. 2001-248735 die Verwendung eines Siliciumsubstrats anstelle eines Saphirsubstrats vorgeschlagen. Die zweite Literaturstelle offenbart außerdem die Zusammensetzung einer Pufferschicht, die auf einem Siliciumsubstrat aufgebaut werden soll, um auf der Pufferschicht eine Nitridhalbleiterzone mit günstiger Kristallinität zu erzeugen. Die offenbarte Pufferschicht ist eine Laminierung aus zwei verschiedenen Arten von Teilschichten. Eine dieser Arten an Teilschichten wird aus einer Klasse von Substanzen hergestellt, die allgemein als AlxMyGa1-x-yN definiert wird, worin M mindestens eines von Indium (In) und Bor (B) ist, 0 < x ≤ 1, 0 ≤ y < 1 und x + y ≤ 1 sind. Die andere Art an Pufferteilschicht wird aus einer Klasse von Substanzen hergestellt, die allgemein als AlaMbGa1-a-bN definiert wird, worin M mindestens eines von In und B ist, 0 ≤ a < 1, 0 ≤ b ≤ 1, a + b ≤ 1 und a < x sind.
  • Die erste Art an Pufferteilschicht mit ihrem relativ geringen Aluminiumgehalt weist eine Gitterkonstante zwischen der von Silicium- und der von Nitridhalbleitern auf. Infolgedessen passt sich die Pufferschicht der Kristallausrichtung des Silicium substrats an, wobei die Nitridhalbleiterzone über die laminierte Pufferteilschicht auf dem Siliciumsubstrat gebildet wird, wie es im Stand der Technik offenbart ist. Die Nitridhalbleiterzone passt sich ebenso der Kristallausrichtung der Pufferschicht an.
  • Ist jedoch eine Pufferschicht aus einem Wechsel aus einer AlN- oder AlGaN-Teilschicht und einer GaN-Teilschicht aufgebaut, bilden sich Schichten aus zweidimensionalem Elektronengas an der Heteroübergangszone zwischen den AlN- oder AlGaN-Teilschichten und der GaN-Teilschichten. Diese Schichten aus zweidimensionalem Elektronengas weisen einen so geringen Widerstand auf, dass das HEMT mit einer Pufferschicht aus derartig alternierenden Teilschichten zusätzlich zum Drain-Stromverlauf durch die Kanalschicht einen Stromverlauf durch die Pufferschicht zeigt. Der Stromverlauf durch die Pufferschicht führt bei geschlossenem Gate zu einem Verlust im Stromverlauf zwischen Source und Drain, was zu einem Anstieg des Leckstroms führt und bei Halbleiterbauelementen unnötig ist. Außerdem können Halbleiterbauelemente in Abhängigkeit vom Leckstrom der Spannung widerstehen. Je größer der Leckstrom ist, desto schlechter kann ein Halbleiterbauelement der Spannung widerstehen. Der Leckstrom verringert sich, wenn die elektronenleitende Schicht des undotierten GaN weniger Kristalldefekte aufweist. Bis heute sind jedoch keine praktischen Maßnahmen zur Verringerung von Kristalldefekten in der elektronenleitenden Schicht bekannt. Es kann in Erwägung gezogen werden, den Widerstand der elektronenleitenden Schicht dadurch zu erhöhen, dass entweder diese Schicht dicker gemacht oder die elektronenleitende GaN-Schicht mit einer p-Verunreinigung dotiert wird, wodurch ein n-ähnlicher Leitertyp erzeugt wird, obwohl er undotiert ist. Diese Verfahren sind nicht einwandfrei, da die Halbleiter auf Galliumnitrid-Basis derart beansprucht werden, dass sich Risse bilden, was zu einer schlechten Funktionsweise des Halbleiterbauelements führt.
  • Die oben diskutierten Schwierigkeiten durch den Spannungsverfall zeigen sich neben den HEMTs auch bei anderen Halbleiterbauelementen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Daher ist eine erfindungsgemäße Aufgabe, Halbleiterbauelemente, die die Probleme des Standes der Technik nicht aufweisen, und ein Verfahren zur Herstellung dieser Halbleiterbauelemente bereitzustellen.
  • Zur Lösung der vorangehenden Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung ein Halbleiterbauelement bereit, welches ein Substrat aus Silicium oder einer Siliciumverbindung, eine Pufferschicht auf einer der Hauptoberfläche gegenüberliegenden Oberfläche des Substrates und einer Haupthalbleiterzone mit mindestens einer Nitrid-Halbleiterschicht, welche zur Bereitstellung eines Halbleiterelements auf der Pufferschicht gebildet ist, umfasst. Die Pufferschicht umfasst eine erste Teilschicht aus einem Nitrid-Halbleiter, welcher Aluminium in einem ersten Anteil enthält, eine zweite Teilschicht aus einem Nitrid-Halbleiter, welcher Aluminium in einem zweiten Anteil enthält, der entweder Null oder geringer als der erste Anteil ist, und eine dritte Teilschicht, welche zwischen der ersten und der zweiten Teilschicht eingeschoben ist und aus einer Substanz besteht, welche die Bildung eines zweidimensionalen Elektronengases einschränkt. Der hier verwendete Ausdruck "Halbleiterbauelement" bedeutet nicht nur ein vollständiges Halbleiterbauelement, sondern auch ein Halbleiterelement, welches noch nicht mit Elektroden, einer Halbleiterschicht und dergleichen ausgestattet ist.
  • Die erste Teilschicht der Pufferschicht besteht vorzugsweise aus Substanzen, welche allgemein durch AlxMyGa1-x-yN definiert werden, worin
    Al = Aluminium;
    M = mindestens eines von In und B;
    Ga = Gallium;
    N = Stickstoff;
    0 < x ≤ 1;
    0 ≤ y < 1; und
    x + y ≤ 1 sind.
  • Mit einer Gitterkonstante, die zwischen der von Silicium und der von GaN liegt, entspricht die Gitterkonstante der ersten Pufferteilschicht vorzugsweise der des Substrates. Die Haupthalbleiterzone des gewünschten Halbleiterelements kann daher auf der Pufferschicht gebildet werden, wobei deren Kristallausrichtung angepasst ist. Die Haupthalbleiterzone weist eine günstige Ebenheit und Gleichmäßigkeit auf, wodurch die elektrischen Eigenschaften des Halbleiterbauelements verbessert werden. Sollte die Pufferschicht nur bei niedrigen Temperaturen auf das Siliciumsubstrat eines GaN-Halbleiters aufgetragen werden, bildet sich auf der Pufferschicht keine Haupthalbleiterzone in der gewünschten Dicke, da der Unterschied der Gitterkonstanten zwischen Silicium und GaN groß ist.
  • Die zweite Teilschicht der Pufferschicht besteht vorzugsweise aus Substanzen, welche allgemein durch AlaMbGa1-a-bN definiert werden, worin
    Al = Aluminium;
    M = mindestens eines von In und B;
    Ga = Gallium;
    N = Stickstoff;
    0 ≤ a < 1;
    0 ≤ b ≤ 1;
    a + b ≤ 1; und
    a < x sind.
  • Die dritte Teilschicht weist vorzugsweise eine Dicke von 0,5 bis 50,0 Nanometer auf. Dadurch, dass die dritte Teilschicht auf diesen Dickebereich beschränkt ist, bilden sich durch die Dehnung der Haupthalbleiterzone weniger Sprünge, wodurch die elektrischen Eigenschaften des Halbleitebauelements verbessert werden.
  • Die erste Pufferteilschicht kann aus AlxGa1-xN und die zweite Pufferteilschicht aus AlaGa1-aN bestehen.
  • Alternativ kann die erste Pufferteilschicht aus AlxInyGa1-x-yN und die zweite Pufferteilschicht aus AlaInbGa1-a-bN bestehen, wobei Indium in mindestens einer der beiden Teilschichten enthalten ist. Die Zugabe von Indium zu einer oder beiden der zwei Pufferteilschichten verringert weiter die Spannungen, die zwischen dem Substrat und der Pufferschicht wirken. Dadurch, dass die Pufferteilschichten aus einem derartigen Verbindungshalbleiter auf Indiumnitrid-Basis, wie InN, InGaN, AlInN und AlInGaN hergestellt sind, ist(sind) eine oder beide bezüglich ihres thermischen Ausdehnungskoeffizienten dem Substrat aus Silicium oder Siliciumverbindungen ähnlicher, als wenn sie aus anderen Nitrid-Halbleitern hergestellt sind, welche kein Indium enthalten, wie GaN und AlN. Daher ist die Pufferschicht vor Spannungen geschützt, die aus dem Unterschied ihres thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu dem des Substrats resultieren.
  • Als weitere Alternative kann die erste Pufferteilschicht aus AlxByGa1-x-yN und die zweite Pufferteilschicht aus AlaBbGa1-a-bN bestehen, wobei in mindestens einer der beiden Teilschichten Bor enthalten ist. Der Borgehalt in einer oder beiden der zwei Pufferteilschichten führt dazu, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient der Pufferteilschicht näher an dem des Substrats aus Silicium oder einer Siliciumverbindung ist als dem einer Pufferschicht, welche kein Bor enthält. Die Pufferschicht ist daher vor Spannungen geschützt, die aus ihrem Unterschied ihres thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu dem des Substrats resultieren.
  • Die erste Pufferteilschicht kann eine geringere Gitterkonstante als die zweite Pufferteilschicht aufweisen.
  • Die dritte Pufferteilschicht kann eine geringere Dicke als die erste Pufferteilschicht aufweisen.
  • Die dritte Pufferteilschicht kann aus demselben Halbleitermaterial wie die zweite Pufferteilschicht bestehen, zuzüglich einer p-Verunreinigung durch Einbringen einer Determinante vom Leitfähigkeitstyp. Die dritte Pufferteilschicht mit der p-Verunreinigung berührt anstelle der zweiten Pufferteilschicht die erste Pufferteilschicht. Daher bildet sich in dieser dritten Pufferteilschicht ein zweidimensionales Elektronengas. Jedoch gleichen die p-Verunreinigungen, welche in der dritten Pufferteilschicht enthalten sind, die darin gebildeten Elektronen aus, wodurch die Trägerdichte oder Elektrondichte in der Pufferschicht abnimmt. Würde die dritte Pufferteilschicht aus demselben Halbleitermaterial wie die erste Pufferteilschicht zuzüglich einer p-Verunreinigung bestehen, könnte sie das zweidimensionale Elektronengas nicht begrenzen.
  • Die dritte Pufferteilschicht kann ebenso eine isolierende Schicht sein, die von 0,5 bis 5,0 Nanometern, vorzugsweise 0,5 bis 2,0 Nanometer dick ist.
  • Die isolierende Schicht kann aus einem oder mehreren von Siliciumnitrid (SiN), Siliciumoxid (SiO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Titanoxid (Ti2O3), Zirkoniumoxid (ZrO2) und Tantaloxid (Ta2O3) bestehen. Eine isolierende Schicht aus einer dieser Substanzen verringert die Dehnung der zweiten Pufferteilschicht und begrenzt die Bildung eines zweidimensionalen Elektronengases.
  • Die Pufferschicht kann vorzugsweise eine Vielzahl erster Pufferteilschichten, eine Vielzahl zweiter Pufferteilschichten und mindestens eine dritte Pufferteilschicht umfassen. Die ersten und zweiten Pufferteilschichten können alternieren und die dritte Pufferteilschicht kann zwischen mindestens einem Paar der ersten und zweiten Pufferteilschichten eingeschoben sein. Die alternierende Anordnung der ersten und zweiten Pufferteilschichten entspricht dem Aufschichten vieler dünner Pufferteilschichten, so dass die Pufferschicht als Ganzes vorzugsweise seine Pufferfunktion ausbildet, wobei eine gute Kristallinität der darauf gebildeten Haupthalbleiterzone sichergestellt wird.
  • Die dritte Pufferteilschicht kann zwischen einer zweiten Pufferteilschicht und der darüber liegenden ersten Pufferteilschicht positioniert sein und nicht zwischen einer zweiten Pufferteilschicht und der darunter liegenden ersten Pufferteilschicht.
  • Die erste Pufferteilschicht kann von 0,5 bis 50,0 Nanometer und die zweite Pufferteilschicht von 0,5 bis 200,0 Nanometer dick sein. Dadurch, dass die Pufferschicht aus den ersten und zweiten Pufferteilschichten mit solch einem bevorzugten Dickebereich aufgebaut ist, fördert sie die Bildung einer Haupthalbleiterzone mit verbesserter Ebenheit.
  • Die Oberfläche des Substrates, auf dem die Pufferschicht ausgebildet ist, hat vorzugsweise einen Miller-Index von genau (111) oder plus oder minus vier Grad. Das Substrat mit einer Oberfläche, die eine derartige Orientierung der Kristallflächen aufweist, ermöglicht es, dass auf ihr die Pufferschicht und die Haupthalbleiterzone mit geringen oder keinen Atomstufen, d. h. Stufen in der Atomanordnung, gebildet werden. Die Pufferschicht und die Haupthalbleiterzone, die auf einer Substratoberfläche ausgebildet sind, welche vom oben definierten Bereich von (111) abweicht, bilden atomare Stufen, die die Arbeitsweise des Halbleiterbauelements mit dünneren epitaktischen Schichten verschlechtern könnten, jedoch ohne ernste Konsequenzen, wenn die epitaktisch gewachsenen Schichten relativ dick sind. Diese Stufen können dadurch verringert werden, dass die Substratoberfläche auf (111) oder einen ähnlichen Bereich eingestellt wird.
  • Die Nitrid-Halbleiterschicht der Haupthalbleiterzone kann entweder aus Galliumnitrid (GaN), Aluminium-Indiumnitrid (AlInN), Aluminium-Galliumnitrid (AlGaN), Indium-Galliumnitrid (InGaN) und Aluminium-Indium-Galliumnitrid (AlInGaN) bestehen.
  • Auf der Haupthalbleiterzone können zwei Hauptelektroden und eine Steuerelektrode ausgebildet sein.
  • Die Haupthalbleiterzone kann zur Bereitstellung eines HEMT oder eines Feld(effekt)transistors, wie ein MESFET, konfiguriert sein. In solchen Fällen dienen die erwähnten Hauptelektroden und die Steuerelektrode als Source, Drain bzw. Gate.
  • Die Erfindung stellt ebenso ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit Nitrid-Halbleiterschichten bereit, womit Halbleiterbauelemente mit guten Eigenschaften sowohl billig als auch einfach herstellbar sind.
  • Das Verfahren umfasst:
    das Bereitstellen eines Substrats aus Silicium oder einer Siliciumverbindung;
    das Bilden einer Pufferschicht auf dem Substrat durch ein Dampfphasen-Wachstumsverfahren, wobei die Pufferschicht eine erste Teilschicht aus einem Nitrid-Halbleiter, welcher Aluminium in einem ersten Anteil enthält, eine zweite Teilschicht aus einem Nitrid-Halbleiter, welcher Aluminium in einem zweiten Anteil enthält, der entweder Null oder geringer als der erste Anteil ist, und eine dritte Teilschicht umfasst, welche zwischen der ersten und der zweiten Teilschicht eingeschoben ist und aus einer Substanz besteht, die die Bildung eines zweidimensionalen Elektronengases begrenzen kann; und
    das Bilden einer Haupthalbleiterzone auf der Pufferschicht durch ein Dampfphasen-Wachstumsverfahren, wobei die Haupthalbleiterzone mindestens eine Nitrid-Halbleiterschicht umfasst.
  • Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Pufferschicht zur Begrenzung des zweidimensionalen Elektronengases die dritte Teilschicht zwischen der ersten und der zweiten Teilschicht eingeschoben ist, wird kein zweidimensionales Elektronengas erzeugt oder weniger als in der Pufferschicht gemäß dem Stand der Technik, worin die erste und zweite Teilschicht direkt miteinander in Kontakt stehen. Somit wird verhindert, dass die Pufferschicht einen geringen Widerstand hat, was dazu führt, dass durch die Pufferschicht ein geringer oder kein Leckstrom fließt. Das Halbleiterbauelement kann höheren Spannungen widerstehen als zuvor.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein schematischer Vertikalschnitt durch ein HEMT als eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine Draufsicht auf das HEMT gemäß 1.
  • 3 ist eine Reihe von Schnittdarstellungen, die die aufeinander folgenden Stufen der Herstellung des HEMT gemäß 1 zeigen.
  • 4 ist ein Schnitt durch ein MESFET, das eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt.
  • 5 ist ein Ausschnitt, der ein Substrat und eine darauf gewachsene Pufferschicht durch eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • 6 ist ein Ausschnitt, der ein Substrat und eine darauf gewachsene Pufferschicht durch eine vierte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • 7 ist ein Ausschnitt, der ein Substrat und eine darauf gewachsene Pufferschicht durch eine fünfte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • 8 ist ein Ausschnitt, der ein Substrat und eine darauf gewachsene Pufferschicht durch eine sechste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • Beste Ausführungsformen der Erfindung
  • Erste Ausführungsform:
  • Die Erfindung wird nun im Hinblick auf das HEMT, in dem erfindungsgemäße Verbindungshalbleiter auf Galliumnitrid-Basis verwendet werden, unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben.
  • Unter Bezugnahme zuerst auf 1 umfasst das HEMT, als erfindungsgemäße Ausführungsform, ein Siliciumsubstrat 1, eine Pufferschicht 2, eine Haupthalbleiterzone 3, welche den primären Arbeitsteil des HEMT bildet, eine erste Elektrode oder Source 4, eine zweite Elektrode oder Drain 5, eine Steuerelektrode oder Gate 6 und eine isolierende Schicht 7.
  • Das Substrat 1 ist ein p-Siliciumeinkristall, welcher Bor oder ein anderes Gruppe III-Element als Determinante vom Leitfähigkeitstyp enthält. Die Hauptoberfläche 1a des Substrats 1, worauf die Pufferschicht 2 gewachsen ist, ist exakt (111), ausgedrückt in Miller-Indizes, welche die Kristallausrichtung anzeigen. Die Konzentration der Verunreinigung des Substrats 1 ist so gering gesetzt, wie z. B. zwischen 1 × 1012 cm-3 bis 1 × 1014 cm-3, mit dem Ziel den Leckstrom durch das Substrat zu verringern. Der Widerstand des Substrats 1 liegt andererseits in der Größenordnung von etwa 100 bis 10.000 Ohm·cm. Das Substrat 1 ist etwa 500 Mikrometer dick, was ausreichend ist, um einen mechanischen Träger für die Pufferschicht 2 und die Halbleiterzone 3 bereitzustellen.
  • Die Pufferschicht 2, die ebenso als Pufferzone bezeichnet werden kann und die vollständig die Hauptoberfläche des Substrats 1 überzieht, nimmt die alternierende Form einer ersten Teilschicht 8, einer zweiten Teilschicht 9 und einer dritten Teilschicht 10, welche zwischen den ersten und zweiten Teilschichten eingeschoben ist, an. Obwohl in 1 nur ein Ausschnitt gezeigt ist, hat die Pufferschicht 2 etwa zwanzig erste Teilschichten 8, zwanzig zweite Teilschichten 9 und neununddreißig dritte Teilschichten 10. Im Allgemeinen können zwischen zwei und zweihundert vorzugsweise zwanzig und achtzig erste und zweite Teilschichten 8 und 9 bereitgestellt werden.
  • Die ersten Pufferteilschichten 8 bestehen aus Substanzen, welche allgemeinen durch AlxMyGa1-x-yN definiert werden, worin
    M = mindestens eines von In und B;
    0 < x ≤ 1;
    0 ≤ y < 1; und
    x + y ≤ 1 sind.
  • Anders ausgedrückt, bestehen die ersten Pufferteilschichten 8 aus einem Nitrid enthaltenden Aluminium, wobei Beispiele davon Aluminiumnitrid (AlN), Aluminium-Indiumnitrid (AlInN), Aluminium-Galliumnitrid (AlGaN), Aluminium-Indium-Galliumnitrid (AlInGaN), Aluminium-Bornitrid (AlBN), Aluminium-Bor-Galliumnitrid (AlBGaN) und Aluminium-Bor-Indium-Galliumnitrid (AlBInGaN) sind.
  • Die Gitterkonstante und der thermische Ausdehnungskoeffizient der ersten Pufferteilschichten 8 sind denen des Siliciumsubstrats 1 ähnlicher als denen der zweiten Pufferteilschichten 9. Vorzugsweise weisen die ersten Pufferteilschichten 8 eine geringere Gitterkonstante als die zweiten Pufferteilschichten 9 auf.
  • Die bevorzugte Dicke der ersten Teilschichten 8 der Pufferschicht 2 ist 0,5 bis 50,0 Nanometer oder 5 bis 500 Angström. Die Haupthalbleiterzone 3 kann nicht mit der gewünschten Flachheit auf der Pufferschicht 2 gebildet werden, wenn die ersten Pufferteilschichten 8 dünner als 0,5 Nanometer sind. Sind die ersten Pufferteilschichten 8 dicker als 50 Nanometer, können sich andererseits in den ersten Pufferteilschichten Sprünge bilden, die auf die Gitterfehlanpassung zwischen den ersten und den zweiten Pufferteilschichten 8 und 9 oder den Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der untersten ersten Pufferteilschicht 8 und dem Substrat 1 zurückzuführen sind.
  • Vorzugsweise bestehen die ersten Pufferteilschichten 8 aus einem engeren Bereich von Substanzen, die durch AlxGa1-xN definiert werden, worin x größer als Null und gleich oder kleiner als eins ist. In der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform bestehen die ersten Pufferteilschichten 8 aus AlN (wobei x in obiger Formel 1 ist).
  • Die zweiten Pufferteilschichten 9 bestehen aus Substanzen, die allgemein durch folgende Formel definiert werden und nicht mit einer Determinante vom Leitfähigkeitstyp dotiert sind: AlaMbGa1-a-bN, worin
    M = mindestens eines von In und B;
    0 ≤ a < 1;
    0 ≤ b ≤ 1;
    a + b ≤ 1; und
    a < x sind.
  • Somit können die zweiten Pufferteilschichten aus jeder dieser Substanzen, wie GaN, AlInN, AlGaN, AlInGaN, AlBN, AlBGaN und AlBInGaN bestehen.
  • Vorzugsweise bestehen die zweiten Pufferteilschichten entweder aus GaN oder Substanzen, die allgemein durch AlaGa1-aN definiert werden, worin
    0 ≤ a < 1; und
    a < x sind.
  • Bei Verwendung von AlaGa1-aN als zweite Pufferteilschichten 9 sollte der Aluminiumanteil a in obiger Formel größer als Null und kleiner als 0,8 sein, um auszuschließen, dass sich aufgrund eines Aluminiumüberschusses Sprünge bilden.
  • Ferner wird empfohlen, dass der Aluminiumanteil in den zweiten Pufferteilschichten 9 geringer als in den ersten Pufferteilschichten 8 ist. In dieser speziellen Ausführungsform der Erfindung bestehen die zweiten Pufferteilschichten 9 aus GaN (wobei a in obiger Formel Null ist).
  • Die bevorzugte Dicke der zweiten Pufferteilschichten 9 ist von 0,5 bis 200,0 Nanometer oder von fünf bis 2000 Angström. Die ersten Pufferteilschichten 8 und die Haupthalbleiterzone 3 auf der Pufferschicht 2 können nicht mit der gewünschten Flachheit wachsen, falls die zweiten Pufferteilschichten 9 dünner als 0,5 Nanometer sind. Sollten die zweiten Pufferteilschichten 9 dicker als 200 Nanometer sein, wird andererseits die Wirkung der Verringerung der Spannung aufgrund der Kombination der ersten und der zweiten Pufferteilschichten 8 und 9 verschlechtert, wodurch sich Sprünge bilden.
  • Es ist ferner bevorzugt, dass die zweiten Pufferteilschichten 9 dicker als die ersten Pufferteilschichten 8 sind. Im Falle einer Gitterfehlanpassung zwischen den ersten und den zweiten Pufferteilschichten 8 und 9 und eines Unterschieds im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der untersten ersten Pufferteilschicht 8 und dem Substrat 1 werden die ersten Pufferteilschichten 8 nur soweit gedehnt, dass dadurch keine Sprünge in den zweiten Pufferteilschichten 9 entstehen. Die hohe Elektronendichte der elektronenleitenden Schicht 11 der Haupthalbleiterzone 3 bleibt ebenfalls erhalten.
  • Um die Bildung eines zweidimensionalen Elektronengases zu verhindern, werden die dritten Pufferteilschichten 10 zwischen jede der zwei benachbarten ersten und zweiten Pufferteilschichten 8 und 9 eingeschoben. Die dritten Pufferteilschichten 10 können aus demselben Halbleitermaterial wie die zweiten Pufferteilschichten 9 bestehen, wie zum Beispiel aus GaN zuzüglich einer p-Verunreinigung wie Magnesium. Die dritten Pufferteilschichten 10 können von 0,5 bis 50 Nanometer, vorzugsweise von einem bis fünf Nanometer dick sein.
  • Gäbe es keine dritte Pufferteilschicht 10, würde sich an den Heteroübergängen zwischen den ersten und zweiten Pufferteilschichten 8 und 9 zweidimensionale Gasschichten bilden, was zu einem Abfall des Widerstands der Pufferschicht 2 als Ganzes und einer Zunahme des Leckstroms führen würde. Im Gegensatz dazu kommen erfindungsgemäß die dritten Pufferteilschichten 10 mit ihrem Gehalt an p-Verunreinigung mit den ersten Pufferteilschichten 8 anstelle der zweiten Pufferteilschichten 9 in Kontakt, wobei Bereiche zur Bildung eines zweidimensionalen Elektronengases bereitgestellt werden. Jedoch kompensieren die in den dritten Pufferteilschichten 10 enthaltenen p-Verunreinigungen die in den dritten Pufferteilschichten gebildeten Elektronen. Als Ergebnis fällt die Träger- oder Elektronenkonzentration der dritten Pufferteilschichten 10, wodurch sich der Widerstand der Pufferschicht 2 erhöht. Um beste Ergebnisse zu erzielen, können die dritten Pufferteilschichten 10 dünner als die ersten und zweiten Pufferteilschichten 8 und 9 sein.
  • 1 zeigt, wie die dritte Pufferteilschicht 3 zwischen jeder der zwei benachbarten ersten und zweiten Pufferteilschichten 8 und 9 eingeschoben ist. Jedoch kann innerhalb der Lehre der vorliegenden Erfindung alternativ die dritte Pufferteilschicht 3 nur zwischen einigen benachbarten Paaren aus ersten und zweiten Pufferteilschichten 8 und 9 oder nur zwischen einem solchen Paar eingeschoben sein.
  • Die Haupthalbleiterzone 3, die die primären Arbeitsteile des HEMT ausmacht, umfasst eine elektronenleitende Schicht 11, welche z. B. GaN ist, das nicht mit Verunreinigungen dotiert ist, eine Zwischenschicht 12, welche z. B. Al0,2Ga0,8N ist, das nicht mit Verunreinigungen dotiert ist, und eine elektronenliefernde Schicht 13, welche z. B. Al0,2Ga0,8N ist, das mit einer n-Verunreinigung aus Silicium dotiert ist. Die einzelnen Schichten 11 bis 13 der Haupthalbleiterzone 3 bestehen aus Nitrid-Halbleitern auf der Grundlage von Stickstoff und Gallium. Die elektronenleitende Schicht 11, welche ebenso als Kanalschicht bezeichnet werden kann, liegt direkt auf der Zwischenschicht 2 und ist 500 Nanometer dick. Auf dieser elektronenleitenden Schicht 11 befindet sich die Zwischenschicht 12 mit einer Dicke von 7 Nanometern, welche dazu dient, die Diffusion von Silicium, der n-Verunreinigung der darüber liegenden elektronenliefernden Schicht 13, in die elektronenleitende Schicht 11 zu verhindern. Diese Zwischenschicht 12 ist jedoch kein absolutes Erfordernis. Die elektronenliefernde Schicht 13 ist 30 Nanometer dick und soll der elektronenleitenden Schicht 11 die gebildeten Elektronen der Donorverunreinigungen (n-Verunreinigungen) zuführen.
  • Sowohl die Source 4 als auch die Drain 5 weisen eine galvanisch leitende Verbindung mit der elektronenliefernden Schicht 13 auf, wohingegen das Gate 6 in Schottky'schen Kontakt mit der elektronenliefernden Schicht 13 steht. Zusätzliche Halbleiterschichten mit einer hohen Konzentration an n-Verunreinigungen können zum besseren Kontakt zwischen die Source 4, die Drain 5 und die elektronenliefernden Schicht 13 eingebracht werden. Die isolierende Schicht 7, welche aus SiO2 bestehen kann, bedeckt die Oberfläche der Haupthalbleiterzone 3.
  • Sowohl die elektronenliefernde Schicht 13 als auch die Zwischenschicht 12 sind so dünn, dass sie innerhalb ihrer Ebenen als Isolatoren jedoch senkrecht dazu als Leiter fungieren. Infolgedessen fließen, wenn das HEMT geöffnet ist, Elektronen entlang der Bahn, welche aufeinander folgend die Source 4, die elektronenliefernde Schicht 13, die Zwischenschicht 12, die elektronenleitende Schicht 11, die Zwischenschicht 12, die elektronenliefernde Schicht 13 und die Drain 5 umfasst. Der Drain-Strom des HEMT wird durch die Spannung des Gate 6 gesteuert.
  • Das Folgende ist eine Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung des HEMT, worin die ersten Teilschichten 8 der Pufferschicht 2 aus AlN bestehen, die zweiten Pufferteilschichten 9 aus GaN und die dritten Pufferteilschichten 10 aus mit p-Verunreinigungen dotiertem GaN.
  • Als erstes wird, wie unter (A) in 3 gezeigt, ein Substrat 1 in Form eines p-Siliciumeinkristalls, welcher mit einer p-Verunreinigung dotiert ist, hergestellt. Die Hauptoberfläche 1a des Siliciumsubstrats 1, worauf die Pufferschicht 2 gebildet werden soll, weist eine Kristallflächenorientierung mit einem Miller-Index von exakt (111) auf, obwohl Abweichungen θ in jeder der Richtungen (111) erlaubt sind. Die Abweichungen θ können vier Grad betragen, vorzugsweise drei Grad und am stärksten bevorzugt zwei Grad.
  • Dadurch, dass die Kristallorientierung der Hauptoberfläche 1a des Siliciumsubstrats 1 genau oder ungefähr (111) beträgt, wie oben gezeigt, können die Pufferschicht 2 und die Haupthalbleiterzone 3 epitaktisch mit kleinen oder keinen Stufen, ausgedrückt in der Größenordnung von Atomen, wachsen.
  • Dann wird, wie unter (B) in 3 gezeigt, die Pufferschicht 2 auf der Hauptoberfläche 1a des Substrats 1 durch wiederholtes Aufbringen der ersten Teilschicht 8 aus AlN, der dritten Teilschicht 10 aus p-GaN und der zweiten Teilschicht 9 aus GaN durch metallorganische Gasphasenabscheidung (MOCVD), eine Art epitaktisches Wachstum, hergestellt. Dazu wird, nachdem das Substrat mit einem HF-Ätzmittel vorbehandelt wurde, das p-Siliciumsubstrat in den MOCVD-Reaktor eingebracht. Das Substrat kann zuerst einem zehnminütigen thermischen Glühen bei 1100°C unterworfen werden, wodurch die Oxidschichten von seiner Oberfläche entfernt werden. Dann kann eine erste Pufferteilschicht 8 aus AlN auf der Hauptoberfläche des Substrats 1 gebildet werden, indem sowohl Trimethyl-Aluminium(TMA)-Gas als auch Ammoniak(NH3)-Gas für zirka 30 Sekunden in den Reaktor geleitet werden. Im Speziellen wurde das Substrat 1 auf 1100°C erhitzt und das TMA-Gas oder Al wurde mit etwa 18 Mikromol pro Minute und das NH3-Gas oder NH3 mit etwa 0,11 Mol pro Minute eingeleitet.
  • Dann wurde nach Beendigung des Einleitens des TMA-Gases eine dritte Pufferteilschicht 10 aus GaN, welche Magnesium als p-Verunreinigung enthielt, mit einer Dicke von drei bis sechs Nanometer gebildet, indem Trimethyl-Gallium(TMG)-Gas, NH3-Gas und Biscyclopentadienylmagnesium(Cp2Mg)-Gas eingeleitet wurde. Die p-Verunreinigung ist nicht auf Magnesium beschränkt. Stattdessen kann jedes andere Gruppe II-Element als Magnesium, wie Zn, Sr, Ca, Be, Ba, Cd und Ra eingesetzt werden.
  • Dann wurden, nach Beendigung des Einleitens des Cp2Mg-Gases, für etwa 30 Sekunden sowohl TMG-Gas als auch NH3-Gas in den Reaktor eingeleitet. Dadurch wurde auf der dritten Pufferteilschicht 10 die zweite Pufferteilschicht 9 aus n-GaN mit einer Dicke von etwa 20 Nanometer gebildet. Das TMG-Gas oder Ga wurde mit 70 Mikromol pro Minute und das NH3-Gas oder NH3 mit 0,11 Mol pro Minute eingeleitet.
  • Dann wurde durch Einleiten von Cp2Mg-Gas eine weitere dritte Pufferteilschicht 10 gebildet.
  • Dann wurde auf der dritten Pufferteilschicht 10 eine weitere erste Pufferteilschicht 8 gebildet.
  • Die Herstellung der ersten Pufferteilschicht 8 aus AlN und die der zweiten Pufferteilschicht 9 aus GaN wurden jeweils 20 Mal wiederholt. Die Herstellung der dritten Pufferteilschicht aus n-GaN 10, welche zwischen jeder der benachbarten ersten und zweiten Pufferteilschichten 8 und 9 eingeschoben war, wurde 39 Mal wiederholt. Selbstverständlich kann jede andere gewünschte Anzahl solcher Teilschichten gebildet werden, ohne die Lehre der Erfindung zu verlassen.
  • Es folgte die Stufe des Bildens der Haupthalbleiterzone 3 auf der Pufferschicht 2 für die primären Arbeitsteile des HEMT. Das Substrat 1 mit der darauf gebildeten Pufferschicht 2 wurde in den MOCVD-Reaktor gegeben und für 10 Minuten sowohl TMG-Gas als auch NH3-Gas in den Reaktor eingeleitet. Dadurch wurde auf der oberen Oberfläche der Pufferschicht 2 die elektronenleitende Schicht 11 aus GaN, welches nicht mit einer leitfähigen Determinante dotiert ist, mit einer Dicke von etwa 500 Nanometer gebildet. Das TMG-Gas (z. B. Ga) wurde mit einer Rate von etwa 70 Mikromol pro Minute und das NH3-Gas (z. B. NH3) mit einer Rate von etwa 0,11 Mol pro Minute eingeleitet.
  • Dann wurde auf der Oberfläche der elektronendurchlässigen Schicht 10 die Zwischenschicht 12 aus Al0,2Ga0,8N, welches nicht mit einer leitfähigen Determinante dotiert war, mit einer Dicke von sieben Nanometer gebildet, indem für 32 Sekunden TMA-, TMG- und NH3-Gas in den Reaktor eingeleitet wurden. Das TMA-Gas (z. B. Al) wurde mit einer Rate von etwa 5,8 Mikromol pro Minute eingeleitet, das TMG-Gas mit einer Rate von etwa 17 Mikromol pro Minute und das NH3-Gas mit einer Rate von etwa 0,11 Mol pro Minute.
  • Nachdem das Kristallwachstum für etwa 15 Minuten unterbrochen wurde, wurden dann für etwa 138 Sekunden jeweils TMA-, TMG-, NH3- und SiH4-Gas in den Reaktor eingeleitet. Dadurch wurde auf der Zwischenschicht 12 die elektronenliefernde Schicht 13 aus Al0,2Ga0,8N mit einer Dicke von etwa 30 Nanometer gebildet. Das TMA-Gas wurde mit einer Rate von etwa 5,8 Mikromol pro Minute eingeleitet, das TMG-Gas mit einer Rate von etwa 17 Mikromol pro Minute, das NH3-Gas mit einer Rate von etwa 0,11 Mol pro Minute und das SiH4-Gas mit einer Rate von etwa 21 Nanomol pro Minute.
  • Durch die bisher beschriebenen Stufen wurde ein Halbleiter-Wafer erhalten, der aus vielen Halbleiterelementen aufgebaut war, welche jeweils das Siliciumsubstrat 1, die Pufferschicht 2 und die Haupthalbleiterzone 3 umfasst.
  • Das Siliciumsubstrat 1 komplett mit der Pufferschicht 2 und der Haupthalbleiterzone 3 wurde dann aus dem MOCVD-Apparat genommen. Durch Plasma-CVD wurde auf der gesamten Oberfläche der Haupthalbleiterzone 3 die isolierende Schicht 7 des Siliciumsubstrats gebildet. Die isolierende Schicht 7 war etwa 250 Nanometer dick.
  • Obwohl in 1 nur ein HEMT gezeigt ist, werden in der Praxis viele HEMTs auf einem Halbleiter-Wafer oder Substrat 1 gebildet. Daher muss der Halbleiter-Wafer mittels Photolithographie in die einzelnen Halbleiterelemente unterteilt werden, so dass die Haupthalbleiterzone 3 und die Pufferschicht 2 durch reaktives Ionenätzen unter Verwendung von sowohl Chlor (Cl2) als auch einem Chlor-basierenden Gasgemisch auf dem Substrat 1 unterteilt werden. Solche Unterteilungen ermöglichen es, die elektrischen Eigenschaften eines jeden einzelnen Elements ohne den Einfluss der anderen Elemente genau zu bestimmen.
  • Dann wurden mittels Photolithographie und eines Ätzmittels, welches hauptsächlich aus Fluorwasserstoffsäure besteht, zur Herstellung von Source und Drain die Fenster in der isolierenden Schicht 7 gebildet. Dann wurden mittels Elektronenstrahlabscheidung Titan- und Aluminiumschichten in Schichten nacheinander aufgetragen. Die Source 4 und Drain 5, welche als ohmsche Elektroden wirken, wurden durch Abtragen der nicht benötigten Teile der abgeschiedenen Schichten und anschließendem Glühen für zehn Minuten bei 650°C in einer Stickstoffatmosphäre vervollständigt. In ähnlicher Weise wurde das Gate 6, welches als Schottky'sche Barriereelektrode wirkt, durch Erzeugen eines Fensters in der isolierenden Schicht 7 durch Laminieren von Schichten aus Ni und Au (oder Pd, Ti und Au) mittels Elektronenstrahlabscheidung und Entfernen der nicht benötigten Teile der abgeschiedenen Schichten gebildet.
  • Dann wurde der Epitaxiewafer in einzelne Halbleiterbauelemente oder HEMT-Chips unterteilt.
  • Die wie oben hergestellten HEMTs zeigen die folgenden Vorteile:
    • 1. Dadurch, dass zur erfindungsgemäßen Beschränkung der Bildung eines zweidimensionalen Elektronengases die dritten Pufferteilschichten 10 zwischen den ersten Pufferteilschichten 8 und den zweiten Pufferteilschichten 9 der Pufferteilschicht 2 eingeschoben sind, tritt weniger zweidimensionales Elektronengas auf als gemäß dem Stand der Technik, wonach die ersten und zweiten Pufferteilschichten in direktem Kontakt miteinander stehen. Daher fließt nur ein sehr geringer oder kein Leckstrom durch die Pufferschicht 2, wodurch die Bereitstellung von HEMTs, welche einer hohen Spannung widerstehen können, ermöglicht wird.
    • 2. In der Haupthalbleiterzone 3 bilden sich aufgrund von Dehnungen weniger Sprünge, wenn die Dicke der dritten Pufferteilschichten 10 auf den Bereich von 0,5 bis 50,0 Nanometer beschränkt ist, so dass die HEMTs verbesserte elektrische Eigenschaften aufweisen.
    • 3. Dadurch, dass die ersten Teilschichten 8 aus AlN, dessen Gitterkonstante zwischen der von Silicium und GaN liegt, enthalten sind, sind die Kristallorientierungen der Pufferschicht 2 und des Siliciumsubstrats 1 angepasst. Infolgedessen kann auf der Pufferschicht 2 die Haupthalbleiterzone 3 aus Halbleitern auf GaN-Basis gebildet werden, wobei deren Kristallorientierungen aneinander an gepasst sind. Die Haupthalbleiterzone 3 weist daher eine verbesserte Flachheit und ebenso verbesserte elektrische Eigenschaften des HEMT auf. Würde eine Pufferschicht, welche nur aus GaN-Halbleitern besteht, bei niedriger Temperatur auf dem Siliciumsubstrat gebildet werden, könnte keine Halbleiterzone auf GaN-Basis auf der Pufferschicht gebildet werden, wobei aufgrund des großen Unterschieds in der Gitterkonstante zwischen Silicium und GaN nicht die gewünschte Flachheit erreicht werden kann.
    • 4. Die Pufferschicht 2 aus alternierenden ersten Teilschichten 8 aus AlN und zweiten Teilschichten 9 aus GaN kann bei höheren Temperaturen aufgetragen werden, als die Niedertemperaturpufferschicht gemäß dem Stand der Technik, die nur aus GaN oder AlN besteht. Daher kann soviel Ammoniak als Stickstoffquelle zersetzt werden, dass die Pufferschicht 2 nicht amorph wird. Die epitaktisch auf dieser Pufferschicht 2 aufgewachsene Haupthalbleiterzone 3 weist eine ausreichend verringerte Dichte an Kristalldefekten auf, um Leckströme zu verhindern. Das resultierende HEMT weist eine verbesserte Abschnüreigenschaft auf.
  • Zweite Ausführungsform:
  • Zur Untersuchung eines MESFET als eine Ausführungsform dieser Erfindung wird auf 4 Bezug genommen. Sowohl in 1 als auch in 4 kennzeichnen gleiche Bezugsbuchstaben gleiche Teile, wobei keine Beschreibung dieser gleichen Teile gegeben wird.
  • Das MESFET aus 1 gleicht dem HEMT aus 1 mit dem Unterschied, dass die Haupthalbleiterzone 3 des letzteren durch eine n-Halbleiterzone 3a in Form einer Schicht aus GaN-Verbindungshalbleitern, die mit einer n-Verunreinigung aus Silicium dotiert sind, modifiziert ist. Das MESFET weist ein Siliciumsubstrat 1, eine Pufferschicht 2, eine Source 4, eine Drain 5, ein Gate 6 und eine isolierende Schicht 7 auf, die alle ihren Gegenstücken aus 1, welche mit den gleichen Bezugsnummern beziffert sind, äquivalent sind. Die n-Halbleiterzone 3a , welche die primären Arbeitsteile des MESFET bildet und welche ebenso als Kanalschicht oder aktive Schicht bezeichnet werden kann, liegt auf der Pufferschicht 2. Sowohl die Source 4 als auch die Drain 5 weisen einen ohmschen Kontakt mit der n-Halbleiterzone 3a auf, wohingegen das Gate 6 einen Schottky-Sperrschichtkontakt mit der n-Halbleiterzone aufweist.
  • Mit Ausnahme der n-Halbleiterzone 3a aus GaN kann das MESFET aus 4 durch dasselbe Verfahren, wie oben in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben, hergestellt werden. Zur Bildung der n-Halbleiterzone 3a können jeweils das TMG-, NH3- und SiH4-Gas für fünf Minuten in denselben Reaktor, wie er zur Herstellung der Pufferschicht 2 verwendet wurde, eingeleitet werden. Die n-Halbleiterzone 3a wird mit einer Dicke von etwa 250 Nanometer auf der Pufferschicht 2, die, wie oben dargestellt, auf dem Substrat 1 aufgebracht wurde, gebildet. Im Speziellen wurde das TMG-Gas (d.h. Ga) mit etwa 70 Mikromol pro Minute eingeleitet, das NH3-Gas (d.h. NH3) mit einer Rate von 0,11 Mol pro Minute und das SiH4-Gas (d.h. Si) mit einer Rate von 21 Nanomol pro Minute.
  • Das so hergestellte MESFET weist ähnliche Vorteile auf, wie oben in Verbindung mit den HEMT aus 1 dargelegt. Zu diesen Vorteilen gehören die Vermeidung eines zu geringen Widerstands der Pufferschicht 2, so dass ein Leckstrom zugelassen wird, Verbesserung der Flachheit und Kristallinität der n-Halbleiterzone 3a und die besseren Eigenschaften des MESFET.
  • Dritte Ausführungsform:
  • Die in 5 gezeigte Pufferschicht und dort allgemein als 2a bezeichnet, stellt eine Modifikation der Pufferschicht 2 der beiden vorangehenden Ausführungsformen dar. Die modifizierte Pufferschicht 2a kann sowohl im HEMT als auch im MESFET sowie in jedem weiteren Halbleiterbauelement verwendet werden. Die modifizierte Pufferschicht 2a umfasst modifizierte erste Teilschichten 8a , modifizierte zweite Teilschichten 9a und nicht modifizierte dritte Teilschichten 10 aus p-GaN für das zweidimensionale Elektronengas. Die Anordnung dieser Pufferteilschichten 8a , 9a und 10 entspricht denen ihrer Gegenstücke 8 bis 10 in den 1 und 4.
  • Die modifizierten ersten Pufferteilschichten 8a bestehen aus Substanzen, die allgemein als AlxInyGa1-x-yN definiert werden, worin
    0 < x ≤ 1;
    0 ≤ y < 1; und
    x + y ≤ 1 sind.
  • Eine Leitfähigkeitsdeterminante wird nicht zugegeben. Beispiele, die die obigen Anforderungen an die Materialien für die modifizierten ersten Pufferteilschichten 8a erfüllen, umfassen AlN, AlInN, AlGaN und AlInGaN. Die spezielle Substanz, die in dieser Ausführungsform eingesetzt wird, ist Al0,5In0,01Ga0,49N (x = 0,5 und y = 0,01 in obiger Formel). Die Aluminium enthaltenden modifizierten ersten Pufferteilschichten 8a weisen eine Gitterkonstante und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, die zwischen denen des Siliciumsubstrats 1 und der Halbleiterzone 3a liegen.
  • Die modifizierten zweiten Pufferteilschichten 9a bestehen aus Substanzen, die allgemein durch die folgende Formel definiert werden und ebenso nicht mit einer Determinante vom Leitfähigkeitstyp dotiert sind: AlaInbGa1-a-bN, worin
    0 ≤ a < 1;
    0 ≤ b < 1;
    a + b ≤ 1; und
    a < x sind.
  • Beispiele der Substanzen für die modifizierten zweiten Pufferteilschichten 9a umfassen GaN, AlN, InN, InGaN, AlGaN, AlInN und AlInGaN. Die in dieser Ausführungsform speziell eingesetzte Substanz ist Al0,05In0,35Ga0,6N (a = 0,05 und b = 0,35 in obiger Formel). Die modifizierte zweite Pufferteilschicht 9a weist eine größere Lücke zwischen dem Valenz- und dem Leitungsband als die modifizierte erste Pufferteilschicht 8a auf. Jedoch kann Indium nur in einer der modifizierten ersten und zweiten Pufferteilschichten 8a und 9a enthaften sein, anstatt in beiden.
  • Es folgt das Verfahren zur Herstellung der modifizierten Pufferschicht 2a aus 5 für den Fall, dass die ersten Teilschichten 8a aus Al0,5In0,01Ga0,49N, die zweiten Teilschichten 9a aus Al0,05In0,35Ga0,6N und die dritten Teilschichten 10 aus p-GaN bestehen.
  • Die Pufferschicht 2a wurde auf der Oberfläche 1a des Substrates 1 gebildet, wie in der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform beschrieben. Die erste Pufferteilschicht 8a und die zweite Pufferteilschicht 9a wurden alternierend aufgewachsen, wobei die dritte Pufferteilschicht 10 zwischen jeder der zwei Schichten eingeschoben wird, wie in 5 gezeigt. Bevor das monokristalline Siliciumsubstrat 1 in den MOCVD-Reaktor gegeben wurde, wurde es zum Entfernen seiner Oberflächenoxidschicht thermisch geglüht. Dann wurde eine erste Teilschicht 8a aus Al0,5In0,01Ga0,49N auf der Oberfläche des Substrats 1 mit einer Dicke T1 von etwa fünf Nanometer (50 Angström) durch Einleiten der TMA-, TMG-, TMIn- und NH3-Gase in den Reaktor für etwa 24 Sekunden gebildet. Genauer wurde nach Erhitzen des Substrats 1 auf 800°C das TMA-Gas (d.h. Al) mit etwa 12 Mikromol pro Minute, das TMG-Gas mit 12 Mikromol pro Minute, das TMIn-Gas mit 47 Mikromol pro Minute und das NH3-Gas (d.h. NH3) mit 0,23 Mol pro Minute eingeleitet.
  • Dann wurde zur Einschränkung der Bildung eines zweidimensionalen Elektronengases eine dritte Pufferteilschicht 10 aus p-GaN wie in der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform gebildet.
  • Dann wurden nach Absenken der Temperatur des Substrats 1 auf 750°C die TMA-, TMG-, TMIn- und NH3-Gase für etwa 83 Sekunden in den Reaktor geleitet. Dadurch wurde auf der dritten Pufferteilschicht 10 eine zweite Pufferteilschicht 9a aus Al0,05In0,35Ga0,6N bis zu einer Dicke T2 von 30 Nanometer (300 Angström) gebildet. Die zweite Pufferteilschicht 9a kann gegebenenfalls mit Silicium dotiert werden, indem SiH4-Gas zusammen mit den oben angegebenen Gasen in den Reaktor geleitet wird. Das TMA-Gas wurde mit 2,8 Mikromol pro Minute, das TMG-Gas mit 12 Mikromol pro Minute, das TMIn-Gas mit 59 Mikromol pro Minute und das NH3-Gas mit 23 Mol pro Minute eingeleitet.
  • Dann wurde auf der zweiten Pufferteilschicht 9a wie oben eine weitere dritte Pufferteilschicht 10 gebildet.
  • In dieser speziellen Ausführungsform wurden 20 erste Pufferteilschichten 8a , 20 zweite Pufferteilschichten 9a und 39 dritte Pufferteilschichten 10 gebildet, obwohl eine andere Anzahl an derartigen Teilschichten gebildet werden kann, falls erwünscht oder erforderlich. Es ist ebenso möglich, die dritten Pufferteilschichten 10 nur zwischen einigen ausgewählten Paaren an ersten und zweiten Pufferteilschichten 8a und 9a anstatt zwischen jedem Paar, wie in dieser Ausführungsform gezeigt, einzuschieben.
  • Die modifizierte Pufferschicht 2a gemäß 5 weist die gleichen Vorteile auf, wie oben in Verbindung mit der Pufferschicht 2 gezeigt wird. Außerdem weist die Pufferschicht 2a aufgrund ihres Indiumgehalts einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der dem des Siliciumsubstrats 1 ähnlicher ist als dem der Pufferschicht, welche kein Indium enthält.
  • Vierte Ausführungsform:
  • 6 zeigt eine weitere Modifikation 2b der Pufferschicht 2, die in den 1 und 4 gezeigt ist. In der modifizierten Pufferschicht 2b sind erste und zweite Teilschichten 8b und 9b mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, verglichen mit deren Gegenstücken aus den oben diskutierten Pufferschichten 2 oder 2a einge schoben. Die modifizierte Pufferschicht 2b ist dadurch mit den Pufferschichten 2 oder 2a , vergleichbar, so dass die ersten und zweiten Teilschichten 8b und 9b mit den erfindungsgemäßen dritten Teilschichten 10 aus p-GaN alternieren.
  • Die ersten Teilschichten 8b der modifizierten Pufferschicht 2b bestehen aus Substanzen, die allgemein als AlxByGa1-x-yN definiert werden, worin
    0 < x ≤ 1;
    0 ≤ y < 1; und
    x + y ≤ 1 sind.
  • Es wurde keine Leitfähigkeitsdeterminante zugegeben. Beispiele, die obige Materialanforderungen an die ersten Teilschichten 8b der modifizierten Pufferschicht 2b erfüllen, umfassen AlN, AlGaN, AlBN und AlBGaN. Die in dieser Ausführungsform speziell eingesetzte Substanz ist Al0,5Ga0,5N (x = 0,5 und y = 0 in obiger Formel). Die Gitterkonstante und der thermische Ausdehnungskoeffizient der ersten Pufferteilschichten 8b sind denen des Siliciumsubstrats 1 ähnlicher als denen der zweiten Pufferteilschichten 9b .
  • Die zweiten Teilschichten 9b der modifizierten Pufferschicht 2b bestehen aus Substanzen, die allgemein durch die folgende Formel definiert werden und welche ebenfalls nicht mit einer Leitfähigkeitsdeterminante dotiert sind: AlaBbGa1-a-bN, worin
    0 ≤ a < 1;
    0 ≤ b ≤ 1;
    a + b ≤ 1; und
    a < x sind.
  • Mögliche Materialien für die zweiten Pufferteilschichten 9b können zusätzlich zu N mindestens eines von Al, B und Ga enthalten. Beispiele, die diese Anforderungen erfüllen, umfassen GaN, BN, AlN, BGaN, AlGaN, AlBN und AlBGaN. Die in dieser Ausführungsform speziell eingesetzte Substanz ist B0,3Ga0,7N (a = 0 und b = 0,3 in obiger Formel). Die Lücke zwischen dem Valenz- und dem Leitungsband der modifizierten zweiten Pufferteilschicht 9b ist größer als die der modifizierten ersten Pufferteilschicht 8b . Jedoch kann Bor nur in einer der modifizierten ersten und zweiten Pufferteilschichten 8b und 9b anstatt in beiden enthalten sein.
  • Die modifizierte Pufferschicht 2b der vorangehenden Struktur kann durch alternierendes Auftragen der ersten Teilschicht 8b aus Al0,5Ga0,5N und der zweiten Teilschicht 9b aus B0,3Ga0,7N über der dritten Teilschicht 10 auf der Oberfläche 1a des Substrats 1 mittels MOCVD hergestellt werden. Dafür wurde das Substrat 1 aus monokristallinem Silicium in den MOCVD-Reaktor eingebracht und durch thermisches Glühen die Oberflächenoxidschichten entfernt. Dann wurde eine erste Teilschicht 8b aus Al0,5Ga0,5N auf der Oberfläche des Substrats 1 mit einer dicke T1 von etwa fünf Nanometer (50 Angström) gebildet, indem TMA-, TMG- und NH3-Gase für etwa 27 Sekunden in den Reaktor eingeleitet werden. Im Speziellen wurde nach Erhitzen des Substrats 1 auf 1080°C das TMA-Gas (d.h. Al) mit etwa 12 Mikromol pro Minute, das TMG-Gas mit 12 Mikromol pro Minute und das NH3-Gas (d.h. NH3) mit 0,11 Mol pro Minute eingeleitet.
  • Dann wurde zur Einschränkung der Bildung eines zweidimensionalen Elektronengases eine dritte Pufferteilschicht 10 aus p-GaN wie in der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform gebildet.
  • Die Triethylbor-(TEB), TMG- und NH3-Gase wurden für etwa 85 Sekunden in den Reaktor eingeleitet, wodurch eine zweite Pufferteilschicht 9b aus n-B0,3Ga0,7N auf der dritten Pufferteilschicht 10 bis zu einer Dicke T2 von 30 Nanometer (30 Angström} gebildet wurde. Die zweite Pufferteilschicht 9b kann gegebenenfalls mit Silicium dotiert werden, indem SiH4-Gas zusammen mit den oben angeführten Gasen in den Reaktor eingeleitet wird. Das TEB-Gas (d.h. Bor) wurde mit sieben Mikromol pro Minute, das TMG-Gas (d.h. Gallium) mit 16 Mikromol pro Minute und das NH3-Gas (d.h. NH3) mit 0,11 Mol pro Minute eingeleitet.
  • Dann wurde, wie oben, auf der zweiten Pufferteilschicht 9b eine weitere dritte Pufferteilschicht 10 gebildet.
  • In ähnlicher Weise wurden in dieser speziellen Ausführungsform insgesamt 50 erste Pufferteilschichten 8b , 50 zweite Pufferteilschichten 9b und 99 dritte Pufferteilschichten 10 gebildet, obwohl eine andere Anzahl derartiger Teilschichten gebildet werden kann, falls erwünscht oder erforderlich.
  • Die modifizierte Pufferteilschicht 2b gemäß 6 zeigt dieselben Vorteile, wie oben in Verbindung mit der Pufferschicht 2 gemäß 1 ausgeführt. Durch ihren Borgehalt sind außerdem die zweiten Teilschichten 9b dieser Pufferschicht 2b kräftiger und können ohne zu brechen dicker gemacht werden.
  • Fünfte Ausführungsform:
  • 7 ist die Darstellung einer weiteren modifizierten Pufferschicht 2c , welche ähnlich der in 1 aufgebaut ist, mit der Ausnahme, dass die dritte Pufferteilschicht 10 aus p-GaN in der letzteren durch die dritten Pufferteilschichten 10a aus elektrisch isolierendem Material ersetzt ist. Die isolierenden dritten Pufferteilschichten 10a, die wie in all den vorangehenden Ausführungsformen zwischen die ersten und zweiten Pufferteilschichten 8 und 9 eingeschoben sind, verhindern, dass die ersten Teilschichten 8 unter Spannung stehen und reduzieren wie in der ersten Ausführungsform die Bildung eines zweidimensionalen Elektronengases in der zweiten Teilschicht 9.
  • Die für die dritte Pufferteilschicht 10a anwendbaren Isoliermaterialien umfassen SiN, SiO2, Al2O3, Ti2O3, ZrO2 und Ta2O5. Die Dicke der dritten Pufferteilschicht 10a sollte von 0,5 bis 5,0 Nanometer, vorzugsweise von 0,2 bis 2,0 Nanometer be tragen, um zu verhindern, dass die Kristallinität der Pufferschicht 2c und der Haupthalbleiterzone 3 gestört wird. Dieselben Isoliermaterialien können für die dritten Pufferteilschichten der in den 4 bis 6 gezeigten Ausführungsformen verwendet werden. Weitere Vorteile, die durch diese modifizierte Pufferschicht 2c erhalten werden, sind wie oben in Zusammenhang mit den vorangehenden Ausführungsformen aufgezeigt.
  • Sechste Ausführungsform:
  • In einer weiteren in 8 gezeigten modifizierten Pufferschicht 2d sind weniger dritte Teilschichten 10 aus p-GaN eingeschoben als in den Pufferschichten 2 aus 1, wobei alle anderen Details der Struktur wie oben in Zusammenhang mit der Pufferschicht 2 beschrieben sind. Spezieller sind in dieser modifizierten Pufferschicht 2d die dritten Teilschichten 10 nur zwischen jeder zweiten Teilschicht 9 und der darüber liegenden ersten Teilschicht 8 und nicht zwischen jeder zweiten Teilschicht und der darunter liegenden ersten Teilschicht eingeschoben.
  • Sollten, wie im Stand der Technik, in der Pufferschicht keine dritten Teilschichten 10 enthalten sein, sind die ersten und zweiten Teilschichten 8 und 9 derart beansprucht, dass sich zwischen jeder zweiten Teilschicht 9 und der darüber liegenden ersten Teilschicht 8 wesentlich einfacher ein zweidimensionales Elektronengas bildet, als zwischen jeder zweiten Teilschicht und der darunter liegenden ersten Teilschicht. Mit den, wie in 8 gezeigt, angeordneten dritten Teilschichten 10 kann daher die modifizierte Pufferschicht 2d analoge Vorteile erreichen wie zum Beispiel solche, die in Zusammenhang mit der Pufferschicht 2 gemäß 1 gezeigt sind.
  • Aus denselben Gründen können die dritten Teilschichten zwischen jeder zweiten Teilschicht 9a und der darunter liegenden ersten Teilschicht 8a in der Pufferschicht 2b gemäß 5, zwischen jeder zweiten Teilschicht 9b und der darunter liegenden ersten Teilschicht 8b in der Pufferschicht 2b gemäß 6 und zwischen jeder zweiten Teilschicht 9 und der darunter liegenden ersten Teilschicht 8 in der Pufferschicht 2c gemäß 7 weggelassen werden.
  • Mögliche Modifikationen:
  • Die vorliegende Erfindung ist durch die genauen Details der vorangehenden Offenbarung nicht beschränkt, sondern erlaubt eine Vielfalt an Modifikationen, wie die Folgenden:
    • 1. Das Substrat 1 kann aus polykristallinem Silicium oder aus Siliciumverbindungen, wie SiC, anstelle von monokristallinem Silicium bestehen.
    • 2. Die einzelnen Schichten der Haupthalbleiterzone 3 oder 3b können eine entgegengesetzte Leitfähigkeit aufweisen.
    • 3. Die einzelnen Schichten der Haupthalbleiterzone 3 oder 3a können aus Verbindungshalbleitern auf Galliumnitrid- oder Indiumnitrid-Basis bestehen, wie GaN, AlInN, AlGaN, InGaN und AlInGaN.
    • 4. In dem HEMT gemäß 1 kann eine elektronenliefernde Schicht ähnlich der Schicht, die mit 13 beziffert ist, zwischen der Pufferschicht 2 und der elektronenleitenden Schicht 11 vorgesehen sein.
    • 5. Die Erfindung lässt sich nicht nur auf HEMTs und MESFETs, sondern auch auf isolierte Gate-Feld(effekt)transistoren und weitere Halbleiterbauelemente anwenden.
    • 6. Die Anzahl der ersten Teilschichten 8, 8a oder 8b der Pufferschicht 2, 2a oder 2b kann sich von der der zweiten Teilschichten 9, 9a oder 9b durch eins unterscheiden, so dass die erste Teilschicht die oberste Teilschicht der Pufferschicht darstellt. Umgekehrt kann sich die Anzahl der zweiten Teilschicht 9, 9a oder 9b der Pufferschicht 2, 2a oder 2b von der Anzahl der ersten Teilschichten 8, 8a oder 8b durch eins unterscheiden.
    • 7. Die ersten und zweiten Teilschichten der Pufferschicht 2, 2a oder 2b können derart mit Verunreinigungen dotiert sein, dass die gewünschten Funktionen nicht gestört werden.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung lässt sich auf Halbleiterbauelemente, wie HEMTs, MESFETs und isolierte Gate-Feld(effekt)transistoren anwenden.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Halbleiterbauelement mit Nitrid-Halbleiterschichten weist eine Pufferschicht (2) in alternierender Form aus einer ersten Teilschicht (8) aus AlN und einer zweiten Teilschicht (9) aus GaN und einer dazwischen gelagerten dritten Schicht (10) aus p-GaN auf. Auf dieser Pufferschicht ist zur Bereitstellung eines Transistors mit hoher Elektronenmobilität oder dergleichen eine Haupthalbleiterzone (3) mit Nitrid-Halbleiterschichten gewachsen. Mit einer Dicke von 0,5 bis 50,0 Nanometer beschränken die dritten Teilschichten (10) der Pufferschicht die Bildung eines zweidimensionalen Elektronengases und verhindern so, dass der Widerstand der Pufferteilschicht unerwünscht gering wird.

Claims (20)

  1. Halbleiterbauelement mit einem Substrat (1) aus Silicium oder einer Siliciumverbindung, einer Pufferschicht (2, 2a , 2b , 2c oder 2d ) auf einer der Hauptoberfläche gegenüberliegenden Oberfläche des Substrates und einer Haupthalbleiterzone (3 oder 3a ) mit mindestens einer Nitrid-Halbleiterschicht, welche auf der Pufferschicht ausgebildet ist, wodurch ein Halbleiterbauelement bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht: eine erste Teilschicht (8, 8a oder 8b ) aus einem Nitrid-Halbleiter, welcher Aluminium in einem ersten Anteil enthält; eine zweite Teilschicht (9, 9a oder 9b ) aus einem Nitrid-Halbleiter, welcher Aluminium in einem zweiten Anteil enthält, der entweder Null oder geringer als der erste Anteil ist; und eine dritte Teilschicht (10 oder 10a ) umfasst, welche zwischen der ersten und der zweiten Teilschicht eingeschoben ist und aus einer Substanz besteht, welche die Bildung eines zweidimensionalen Elektronengases einschränken kann.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilschicht (8, 8a oder 8b ) auf der Pufferschicht aus Substanzen besteht, welche allgemein als AlxMyGa1-x-yN definiert werden, worin M = mindestens eines von In und B; 0 < x ≤ 1; 0 ≤ y < 1; und x + y ≤ 1 sind; die zweite Teilschicht (9, 9a oder 9b ) der Pufferschicht aus Substanzen besteht, welche allgemein als AlaMbGa1-a-bN definiert werden, worin M = mindestens eines von In und B; 0 ≤ a < 1; 0 ≤ b ≤ 1; a + b ≤ 1; und a < x sind; und die dritte Teilschicht (10 oder 10a ) der Pufferschicht von 0,5 bis 50,0 Nanometer dick ist.
  3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilschicht (8, 8a oder 8b ) der Pufferschicht aus Substanzen besteht, welche allgemein als AlxGa1-xN definiert werden, worin 0 < x ≤ 1 ist; und die zweite Teilschicht der Pufferschicht aus Substanzen besteht, welche allgemein als AlaGa1-aN definiert werden, worin 0 ≤ a < 1 und a < x sind.
  4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilschicht (8a ) der Pufferschicht aus Substanzen besteht, welche allgemein als AlxInyGa1-x-yN definiert werden, worin 0 < x < 1, 0 ≤ y < 1, und x + y ≤ 1 sind; die zweite Teilschicht (9a ) der Pufferschicht aus Substanzen besteht, welche allgemein als AlaInbGa1-a-bN definiert werden, worin 0 ≤ a < 1, 0 ≤ b ≤ 1, a + b ≤ 1, und a < x sind; und Indium in mindestens einer der ersten Teilschicht (8a ) und der zweiten Teilschicht (9b ) der Pufferschicht enthalten ist.
  5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilschicht (8b ) der Pufferschicht aus Substanzen besteht, welche allgemein als AlxByGa1-x-yN definiert werden, worin 0 < x < 1, 0 ≤ y < 1 und x + y ≤ 1 sind; die zweite Teilschicht (9b ) der Pufferschicht aus Substanzen besteht, die allgemein als AlaBbGa1-a-bN definiert werden, worin 0 ≤ a < 1, 0 ≤ b ≤ 1, a + b ≤ 1 und a < x sind; und Bor in mindestens einer der ersten Teilschicht (8b ) und der zweiten Teilschicht (9b ) der Pufferschicht enthalten ist.
  6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilschicht (8, 8a oder 8b ) der Pufferschicht eine geringere Gitterkonstante aufweist als die zweite Teilschicht (9, 9a oder 9b ) der Pufferschicht.
  7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Teilschicht (10 oder 10a ) der Pufferschicht eine geringere Dicke als die erste Teilschicht (8, 8a oder 8b ) oder die zweite Teilschicht (9, 9a oder 9b ) der Pufferschicht aufweist.
  8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Teilschicht (10) der Pufferschicht aus demselben Halbleitermaterial besteht wie die zweite Teilschicht (9, 9a oder 9b ) der Pufferschicht, zuzüglich einer Determinante vom p-Leitfähigkeitstyp.
  9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Teilschicht (10a ) der Pufferschicht aus einem elektrisch isolierenden Material mit einer Dicke im Bereich von 0,5 bis 5,0 Nanometer besteht.
  10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Material mindestens eines von SiN, SiO2, Al2O3, Ti2O3, ZrO2 und Ta2O5 ist.
  11. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (2, 2a , 2b , 2c oder 2d ) eine Vielzahl erster Teilschichten (8, 8a oder 8b ) und eine Vielzahl zweiter Teilschichten (9, 9a oder 9b ) und mindestens eine dritte Teilschicht (10 oder 10a ) umfasst, wobei die ersten und zweiten Teilschichten alternierend angeordnet sind und die dritte Teilschicht zwischen mindestens einem benachbarten Paar aus ersten und zweiten Teilschichten eingeschoben ist.
  12. Halbleiterbauelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Teilschicht (10 oder 10a ) der Pufferschicht zwischen einer zweiten Teilschicht (9, 9a oder 9b ) und der einer der dritten Teilschicht (8, 8a oder 8b ) eingeschoben ist, welche der Haupthalbleiterzone (3 oder 3a ) näher ist als die eine zweite Teilschicht, und nicht zwischen einer zweiten Teilschicht und der einer der ersten Teilschicht, welche dem Substrat (1) näher ist als die eine zweite Pufferteilschicht.
  13. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilschicht (8, 8a oder 8b ) der Pufferschicht von 0,5 bis 50,0 Nanometer und die zweite Teilschicht (9, 9a oder 9b ) der Pufferschicht von 0,5 bis 200,0 Nanometer dick ist.
  14. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Substrats (1), auf welcher die Pufferschicht ausgebildet ist, eine Kristallorientierung (111) oder plus oder minus vier Grad aufweist, ausgedrückt durch Miller-Indices.
  15. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitrid-Halbleiterschicht der Haupthalbleiterzone (3 oder 3a ) aus GaN, AlInN, AlGaN, InGaN oder AlInGaN besteht.
  16. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner eine erste Elektrode (4) auf der Haupthalbleiterzone, eine zweite Elektrode (5) auf der Haupthalbleiterzone und eine dritte Elektrode (6) auf der Haupthalbleiterzone umfasst.
  17. Halbleiterbauelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupthalbleiterzone (3 oder 3a ) zur Bereitstellung eines Feld(effekt)transistors eine Vielzahl an Halbleiterschichten umfasst und dass die erste Elektrode (4) eine Source, die zweite Elektrode (5) eine Drain und die dritte Elektrode (6) ein Gate ist.
  18. Halbleiterbauelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupthalbleiterzone (3) zur Bereitstellung eines Transistors mit hoher Elektronenmobilität eine Vielzahl an Halbleiterschichten umfasst.
  19. Halbleiterbauelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupthalbleiterzone (3a ) zur Bereitstellung eines Metallhalbleiter-Feld(effekt)transistors eine Halbleiterschicht umfasst.
  20. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit Nitrid-Halbleiterschichten, welches umfasst: Bereitstellen eines Substrates (1) aus Silicium oder einer Siliciumverbindung; Bilden einer Pufferschicht (2, 2a , 2b , 2c , oder 2d ) auf dem Substrat durch ein Dampfphasen-Wachstumsverfahren, wobei die Pufferschicht eine erste Teilschicht (8, 8a oder 8b ) aus einem Nitrid-Halbleiter, welcher Aluminium in einem ersten Anteil enthält, eine zweite Teilschicht (9, 9a oder 9b ) aus einem Nitrid-Halbleiter, welcher Aluminium in einem zweiten Anteil enthält, der entweder Null oder geringer als der erste Anteil ist, und eine dritte Teilschicht (10 oder 10a ) umfasst, welche zwischen der ersten und der zweiten Teilschicht eingeschoben ist und aus einer Substanz besteht, die die Bildung eines zweidimensionalen Elektronengases einschränken kann; und Bilden einer Haupthalbleiterzone (3 oder 3a ) auf der Pufferschicht durch ein Dampfphasen-Wachstumsverfahren, wobei die Haupthalbleiterzone mindestens eine Nitrid-Halbleiterschicht umfasst.
DE112004000136T 2003-01-17 2004-01-14 Halbleiterbauelemente Expired - Fee Related DE112004000136B4 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003010168 2003-01-17
JP2003-10168 2003-01-17
PCT/JP2004/000183 WO2004066393A1 (ja) 2003-01-17 2004-01-14 半導体装置及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE112004000136T5 true DE112004000136T5 (de) 2006-01-19
DE112004000136B4 DE112004000136B4 (de) 2010-12-30

Family

ID=32767241

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112004000136T Expired - Fee Related DE112004000136B4 (de) 2003-01-17 2004-01-14 Halbleiterbauelemente

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7569870B2 (de)
JP (1) JP4381380B2 (de)
DE (1) DE112004000136B4 (de)
TW (1) TWI230978B (de)
WO (1) WO2004066393A1 (de)

Families Citing this family (91)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9773877B2 (en) 2004-05-13 2017-09-26 Cree, Inc. Wide bandgap field effect transistors with source connected field plates
JP4744109B2 (ja) * 2004-07-20 2011-08-10 トヨタ自動車株式会社 半導体装置とその製造方法
FR2875338B1 (fr) * 2004-09-13 2007-01-05 Picogiga Internat Soc Par Acti Methode d'elaboration de structures hemt piezoelectriques a desordre d'alliage nul
US11791385B2 (en) 2005-03-11 2023-10-17 Wolfspeed, Inc. Wide bandgap transistors with gate-source field plates
JP2006269862A (ja) * 2005-03-25 2006-10-05 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体装置形成用ウエハ、その製造方法、および電界効果型トランジスタ
US9157169B2 (en) * 2005-09-14 2015-10-13 International Rectifier Corporation Process for manufacture of super lattice using alternating high and low temperature layers to block parasitic current path
US20070202360A1 (en) * 2005-10-04 2007-08-30 Nitronex Corporation Gallium nitride material transistors and methods for wideband applications
EP1875523B1 (de) * 2006-02-23 2010-09-29 Azzurro Semiconductors AG Nitridhalbleiter-bauelement und verfahren zu seiner herstellung
JP5400266B2 (ja) * 2006-04-17 2014-01-29 パナソニック株式会社 電界効果トランジスタ
JP5114947B2 (ja) 2006-12-28 2013-01-09 富士通株式会社 窒化物半導体装置とその製造方法
JP4531071B2 (ja) 2007-02-20 2010-08-25 富士通株式会社 化合物半導体装置
JP5100413B2 (ja) 2008-01-24 2012-12-19 株式会社東芝 半導体装置およびその製造方法
US8067787B2 (en) * 2008-02-07 2011-11-29 The Furukawa Electric Co., Ltd Semiconductor electronic device
FR2929445B1 (fr) * 2008-03-25 2010-05-21 Picogiga Internat Procede de fabrication d'une couche de nitrure de gallium ou de nitrure de gallium et d'aluminium
US8871024B2 (en) 2008-06-05 2014-10-28 Soraa, Inc. High pressure apparatus and method for nitride crystal growth
US8097081B2 (en) 2008-06-05 2012-01-17 Soraa, Inc. High pressure apparatus and method for nitride crystal growth
US9157167B1 (en) 2008-06-05 2015-10-13 Soraa, Inc. High pressure apparatus and method for nitride crystal growth
WO2011044554A1 (en) 2009-10-09 2011-04-14 Soraa, Inc. Method for synthesis of high quality large area bulk gallium based crystals
US8430958B2 (en) 2008-08-07 2013-04-30 Soraa, Inc. Apparatus and method for seed crystal utilization in large-scale manufacturing of gallium nitride
US10036099B2 (en) 2008-08-07 2018-07-31 Slt Technologies, Inc. Process for large-scale ammonothermal manufacturing of gallium nitride boules
US8979999B2 (en) 2008-08-07 2015-03-17 Soraa, Inc. Process for large-scale ammonothermal manufacturing of gallium nitride boules
US8021481B2 (en) 2008-08-07 2011-09-20 Soraa, Inc. Process and apparatus for large-scale manufacturing of bulk monocrystalline gallium-containing nitride
US7976630B2 (en) 2008-09-11 2011-07-12 Soraa, Inc. Large-area seed for ammonothermal growth of bulk gallium nitride and method of manufacture
US8354679B1 (en) 2008-10-02 2013-01-15 Soraa, Inc. Microcavity light emitting diode method of manufacture
US8455894B1 (en) 2008-10-17 2013-06-04 Soraa, Inc. Photonic-crystal light emitting diode and method of manufacture
US8461071B2 (en) 2008-12-12 2013-06-11 Soraa, Inc. Polycrystalline group III metal nitride with getter and method of making
US8878230B2 (en) 2010-03-11 2014-11-04 Soraa, Inc. Semi-insulating group III metal nitride and method of manufacture
USRE47114E1 (en) 2008-12-12 2018-11-06 Slt Technologies, Inc. Polycrystalline group III metal nitride with getter and method of making
US8987156B2 (en) 2008-12-12 2015-03-24 Soraa, Inc. Polycrystalline group III metal nitride with getter and method of making
US9543392B1 (en) 2008-12-12 2017-01-10 Soraa, Inc. Transparent group III metal nitride and method of manufacture
US8247886B1 (en) 2009-03-09 2012-08-21 Soraa, Inc. Polarization direction of optical devices using selected spatial configurations
JP2010232297A (ja) * 2009-03-26 2010-10-14 Sumitomo Electric Device Innovations Inc 半導体装置
US8299473B1 (en) 2009-04-07 2012-10-30 Soraa, Inc. Polarized white light devices using non-polar or semipolar gallium containing materials and transparent phosphors
JP2010251414A (ja) * 2009-04-13 2010-11-04 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
US8791499B1 (en) 2009-05-27 2014-07-29 Soraa, Inc. GaN containing optical devices and method with ESD stability
JP2011040676A (ja) * 2009-08-18 2011-02-24 Sanken Electric Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
US9000466B1 (en) 2010-08-23 2015-04-07 Soraa, Inc. Methods and devices for light extraction from a group III-nitride volumetric LED using surface and sidewall roughening
JP2011049271A (ja) 2009-08-26 2011-03-10 Sanken Electric Co Ltd 半導体装置
US20110049580A1 (en) * 2009-08-28 2011-03-03 Sik Lui Hybrid Packaged Gate Controlled Semiconductor Switching Device Using GaN MESFET
US8933644B2 (en) 2009-09-18 2015-01-13 Soraa, Inc. LED lamps with improved quality of light
CN102630349B (zh) 2009-09-18 2017-06-13 天空公司 功率发光二极管及利用电流密度操作的方法
US9293644B2 (en) 2009-09-18 2016-03-22 Soraa, Inc. Power light emitting diode and method with uniform current density operation
US9583678B2 (en) 2009-09-18 2017-02-28 Soraa, Inc. High-performance LED fabrication
US8435347B2 (en) 2009-09-29 2013-05-07 Soraa, Inc. High pressure apparatus with stackable rings
US10147850B1 (en) 2010-02-03 2018-12-04 Soraa, Inc. System and method for providing color light sources in proximity to predetermined wavelength conversion structures
US8740413B1 (en) 2010-02-03 2014-06-03 Soraa, Inc. System and method for providing color light sources in proximity to predetermined wavelength conversion structures
US8905588B2 (en) 2010-02-03 2014-12-09 Sorra, Inc. System and method for providing color light sources in proximity to predetermined wavelength conversion structures
JP2011233751A (ja) * 2010-04-28 2011-11-17 Panasonic Corp 窒化物半導体トランジスタ
US8816395B2 (en) * 2010-05-02 2014-08-26 Visic Technologies Ltd. Field effect power transistors
CN102870196A (zh) * 2010-06-08 2013-01-09 日本碍子株式会社 外延基板以及外延基板的制造方法
US9450143B2 (en) 2010-06-18 2016-09-20 Soraa, Inc. Gallium and nitrogen containing triangular or diamond-shaped configuration for optical devices
US9564320B2 (en) 2010-06-18 2017-02-07 Soraa, Inc. Large area nitride crystal and method for making it
US20120007102A1 (en) * 2010-07-08 2012-01-12 Soraa, Inc. High Voltage Device and Method for Optical Devices
US8729559B2 (en) 2010-10-13 2014-05-20 Soraa, Inc. Method of making bulk InGaN substrates and devices thereon
JP5707903B2 (ja) * 2010-12-02 2015-04-30 富士通株式会社 化合物半導体装置及びその製造方法
US20120153351A1 (en) * 2010-12-21 2012-06-21 International Rectifier Corporation Stress modulated group III-V semiconductor device and related method
US8786053B2 (en) 2011-01-24 2014-07-22 Soraa, Inc. Gallium-nitride-on-handle substrate materials and devices and method of manufacture
US8896131B2 (en) 2011-02-03 2014-11-25 Alpha And Omega Semiconductor Incorporated Cascode scheme for improved device switching behavior
JP5775321B2 (ja) 2011-02-17 2015-09-09 トランスフォーム・ジャパン株式会社 半導体装置及びその製造方法、電源装置
JP5624940B2 (ja) * 2011-05-17 2014-11-12 古河電気工業株式会社 半導体素子及びその製造方法
US8492185B1 (en) 2011-07-14 2013-07-23 Soraa, Inc. Large area nonpolar or semipolar gallium and nitrogen containing substrate and resulting devices
US8686431B2 (en) 2011-08-22 2014-04-01 Soraa, Inc. Gallium and nitrogen containing trilateral configuration for optical devices
JP5546514B2 (ja) * 2011-09-20 2014-07-09 古河電気工業株式会社 窒化物半導体素子及び製造方法
US8791504B2 (en) * 2011-10-20 2014-07-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Substrate breakdown voltage improvement for group III-nitride on a silicon substrate
US9694158B2 (en) 2011-10-21 2017-07-04 Ahmad Mohamad Slim Torque for incrementally advancing a catheter during right heart catheterization
US10029955B1 (en) 2011-10-24 2018-07-24 Slt Technologies, Inc. Capsule for high pressure, high temperature processing of materials and methods of use
US8912025B2 (en) 2011-11-23 2014-12-16 Soraa, Inc. Method for manufacture of bright GaN LEDs using a selective removal process
US8884308B2 (en) 2011-11-29 2014-11-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. High electron mobility transistor structure with improved breakdown voltage performance
US8482104B2 (en) 2012-01-09 2013-07-09 Soraa, Inc. Method for growth of indium-containing nitride films
WO2013134432A1 (en) 2012-03-06 2013-09-12 Soraa, Inc. Light emitting diodes with low refractive index material layers to reduce light guiding effects
JP2014007296A (ja) * 2012-06-25 2014-01-16 Advanced Power Device Research Association 半導体装置及び半導体装置の製造方法
US8884268B2 (en) * 2012-07-16 2014-11-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Diffusion barrier layer for group III nitride on silicon substrate
US8971368B1 (en) 2012-08-16 2015-03-03 Soraa Laser Diode, Inc. Laser devices having a gallium and nitrogen containing semipolar surface orientation
US9978904B2 (en) 2012-10-16 2018-05-22 Soraa, Inc. Indium gallium nitride light emitting devices
US8802471B1 (en) 2012-12-21 2014-08-12 Soraa, Inc. Contacts for an n-type gallium and nitrogen substrate for optical devices
US9142407B2 (en) 2013-01-16 2015-09-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor structure having sets of III-V compound layers and method of forming the same
JP6152700B2 (ja) * 2013-05-23 2017-06-28 住友電気工業株式会社 半導体装置の製造方法
US9847411B2 (en) 2013-06-09 2017-12-19 Cree, Inc. Recessed field plate transistor structures
US9679981B2 (en) 2013-06-09 2017-06-13 Cree, Inc. Cascode structures for GaN HEMTs
US9755059B2 (en) 2013-06-09 2017-09-05 Cree, Inc. Cascode structures with GaN cap layers
US8994033B2 (en) 2013-07-09 2015-03-31 Soraa, Inc. Contacts for an n-type gallium and nitrogen substrate for optical devices
JP2015053328A (ja) * 2013-09-05 2015-03-19 富士通株式会社 半導体装置
JP2015070064A (ja) * 2013-09-27 2015-04-13 富士通株式会社 半導体装置及び半導体装置の製造方法
US9419189B1 (en) 2013-11-04 2016-08-16 Soraa, Inc. Small LED source with high brightness and high efficiency
CN105849868B (zh) * 2014-01-31 2018-05-25 夏普株式会社 氮化物半导体层叠体及其制造方法以及氮化物半导体器件
US9620598B2 (en) * 2014-08-05 2017-04-11 Semiconductor Components Industries, Llc Electronic device including a channel layer including gallium nitride
TW201637078A (zh) * 2015-04-01 2016-10-16 環球晶圓股份有限公司 半導體元件
US10174438B2 (en) 2017-03-30 2019-01-08 Slt Technologies, Inc. Apparatus for high pressure reaction
JP6993562B2 (ja) * 2017-07-13 2022-02-03 富士通株式会社 化合物半導体装置及びその製造方法
TWI649873B (zh) 2017-07-26 2019-02-01 財團法人工業技術研究院 三族氮化物半導體結構
CN109727924B (zh) * 2018-12-27 2020-07-17 江苏省宜兴电子器件总厂有限公司 一种带AlN和Si过渡片陶瓷外壳封装结构

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0815213B2 (ja) * 1993-01-14 1996-02-14 日本電気株式会社 電界効果トランジスタ
US5592501A (en) * 1994-09-20 1997-01-07 Cree Research, Inc. Low-strain laser structures with group III nitride active layers
US5523589A (en) * 1994-09-20 1996-06-04 Cree Research, Inc. Vertical geometry light emitting diode with group III nitride active layer and extended lifetime
US5739554A (en) * 1995-05-08 1998-04-14 Cree Research, Inc. Double heterojunction light emitting diode with gallium nitride active layer
JP3436152B2 (ja) * 1997-10-10 2003-08-11 豊田合成株式会社 ＧａＮ系の半導体素子
JP2000277441A (ja) * 1999-03-26 2000-10-06 Nagoya Kogyo Univ 半導体構造とそれを備えた半導体素子及び結晶成長方法
JP2000332362A (ja) * 1999-05-24 2000-11-30 Sony Corp 半導体装置および半導体発光素子
WO2001061766A1 (fr) * 2000-02-21 2001-08-23 Sanken Electric Co., Ltd. Dispositif semi-conducteur electroluminescent et procede de fabrication correspondant
JP2001274376A (ja) * 2000-03-24 2001-10-05 Furukawa Electric Co Ltd:The 低抵抗ＧａＮ系緩衝層
JP2002057158A (ja) * 2000-08-09 2002-02-22 Sony Corp 絶縁性窒化物層及びその形成方法、半導体装置及びその製造方法
US6690042B2 (en) * 2000-09-27 2004-02-10 Sensor Electronic Technology, Inc. Metal oxide semiconductor heterostructure field effect transistor
US6548333B2 (en) * 2000-12-01 2003-04-15 Cree, Inc. Aluminum gallium nitride/gallium nitride high electron mobility transistors having a gate contact on a gallium nitride based cap segment
EP2267784B1 (de) * 2001-07-24 2020-04-29 Cree, Inc. AlGaN/GaN HEMT MIT ISOLIERTEM GATE
JP2003059948A (ja) * 2001-08-20 2003-02-28 Sanken Electric Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
US7253454B2 (en) * 2005-03-03 2007-08-07 Cree, Inc. High electron mobility transistor

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2004066393A1 (ja) 2006-05-18
DE112004000136B4 (de) 2010-12-30
JP4381380B2 (ja) 2009-12-09
WO2004066393A1 (ja) 2004-08-05
TWI230978B (en) 2005-04-11
TW200414313A (en) 2004-08-01
US20050263791A1 (en) 2005-12-01
US7569870B2 (en) 2009-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112004000136B4 (de) Halbleiterbauelemente
DE112017003754B4 (de) Halbleitervorrichtung und verfahren zum herstellen einer halbleitervorrichtung
EP2465142B1 (de) Halbleiterstruktur
DE102008013755B4 (de) Gruppe-III-Nitrid-HEMT mit Deckschichten beinhaltend Aluminiumnitrid und Verfahren zu deren Herstellung
DE102010054723B4 (de) Halbleiterbauteil und zugehöriges Herstellungsverfahren
DE102016114896B4 (de) Halbleiterstruktur, HEMT-Struktur und Verfahren zu deren Herstellung
DE102013102156B4 (de) Verbundschichtstapelung für Enhancement Mode-Transistor
DE102013103966B4 (de) Kontaktstrukturen für Verbindungshalbleitervorrichtungen und Herstellungsverfahren hierfür
DE102017119774B4 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben
DE102016120393A1 (de) Bidirektionales III-Nitrid-Bauelement
DE102011100241A1 (de) Nitride Semiconductor Device
DE102016113735A1 (de) Durchschlagfestes HEMT-Substrat und Bauelement
DE112016005022T5 (de) Epitaxialsubstrat für halbleiterelemente, halbleiterelement und produktionsverfahren für epitaxialsubstrate für halbleiterelemente
DE102012020978A1 (de) Transistoranordnung mit hoher Elektronenbeweglichkeit und Verfahren
DE112011103695T5 (de) Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren hierfür
DE112011103385T5 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben
DE102014108625A1 (de) Gate-stack für selbstsperrenden verbundhalbleitertransistor
DE102010054722A1 (de) Halbleiterbauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
DE112011103588T5 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben
DE112013002033T5 (de) Epitaxialsubstrat, Halbleitervorrichtung, und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
DE102016217559A1 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben
DE112011103675T5 (de) Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren hierfür
DE102013202972B4 (de) Anreicherungsbetrieb einer GaN-HEMT-Vorrichtung mit einem GATE-Abstandshalter sowie Verfahren zu deren Herstellung
DE102004055038B4 (de) Nitridhalbleitervorrichtung und deren Herstellungsverfahren
DE102021115509A1 (de) Galliumnitrid-basierte vorrichtung mit stufenartiger feldplatte und verfahren zu deren herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law

Ref document number: 112004000136

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20060119

Kind code of ref document: P

R020 Patent grant now final

Effective date: 20110330

R082 Change of representative

Representative=s name: WEICKMANN & WEICKMANN PATENT- UND RECHTSANWAEL, DE

Representative=s name: WEICKMANN & WEICKMANN PATENTANWAELTE - RECHTSA, DE

Representative=s name: PATENTANWAELTE WEICKMANN & WEICKMANN, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee