JP2007519262A5

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Publication number: JP2007519262A5
Application number: JP2006551378A
Authority: JP
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2025-01-14

Claims

ワイドバンドギャップ材料内に、接合温度低下、動作中の高電力密度化、及び、定格電力密度における信頼性向上を達成する高電力デバイスを形成する方法であって、
低熱伝導率材料のウェハに、高熱伝導率材料の層を添加するステップであって、前記低熱伝導率材料が、前記高熱伝導率材料よりも優れた第ＩＩＩ族窒化物に対する結晶格子一致度を有することにより、得られる複合ウェハの熱伝導率を高めるステップと、
その後、前記低熱伝導率部分の上におけるエピタキシャル成長を維持するためにその十分な厚さを保持しつつ、前記複合ウェハの低熱伝導率部分の厚さを削減するステップと、
前記複合ウェハの低熱伝導率表面を、その上におけるエピタキシャル成長のために、準備するステップと、
少なくとも１つの第ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を、前記ウェハの準備した低熱伝導率面に添加するステップと、
を備えていることを特徴とする方法。
請求項１記載の方法において、該方法は、金属、窒化硼素、及びダイアモンドから成る群から、前記高熱伝導率材料を添加するステップを含むことを特徴とする方法。
請求項１記載の方法において、前記低熱伝導率材料は、シリコン、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化アルミニウム・ガリウム、酸化亜鉛、アルミン酸リチウム、没食子酸リチウム、酸化マグネシウム、アルミン酸ニッケル、及びサファイアから成る群から選択することを特徴とする方法。
請求項１記載の方法において、前記少なくとも１つの第ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を添加するステップは、少なくとも１つの第ＩＩＩ族窒化物ヘテロ構造を添加することから成ることを特徴とする方法。
請求項２記載の方法において、該方法は、厚さが約１００及び３００ミクロンのダイアモンド層を追加するステップを含むことを特徴とする方法。
請求項１記載の方法において、前記低熱伝導率部分の厚さを削減するステップは、前記低熱伝導率部分をラッピング及び研磨することから成ることを特徴とする方法。
請求項１記載の方法において、前記低熱伝導率部分の厚さを削減するステップは、
前記ダイアモンドを堆積するステップの前に、前記低熱伝導率部分内に打ち込み層を形成するために、前記低熱伝導率部分における所定の深さに、前記低熱伝導率部分を打ち込むステップと、
その後、前記ダイアモンドを堆積するステップと、
その後、前記打ち込んだ層において前記低熱伝導率部分を分離することによって、前記低熱伝導率部分の厚さを削減するステップと、
を備えていることを特徴とする方法。
請求項７記載の方法において、該方法は、打ち込み層を形成するために、前記低熱伝導率部分に酸素又は水素を打ち込み、その後、前記打ち込み層において前記低熱伝導率部分を分離するステップを含むことを特徴とする方法。
請求項１記載の方法において、該方法は、化学蒸着によって前記低熱伝導率部分上に前記ダイアモンドを堆積するステップを含むことを特徴とする方法。
請求項１記載の方法において、高熱伝導率材料を添加する前記ステップは、ニッケル、タングステン、モリブデン、及びその合金から成る群から選択した金属を添加することから成ることを特徴とする方法。
請求項１記載の方法であって、
前記得られた複合ウェハの熱伝導率を高めるために、ダイアモンドの層を高珪素ウェハに添加するステップと、
その後、炭化珪素の上におけるエピタキシャル成長を支持するためにその十分な厚さを保持しつつ、前記複合ウェハの炭化珪素部分の厚さを削減するステップと、
前記複合ウェハの炭化珪素面を、その上におけるエピタキシャル成長のために、準備するステップと、
第ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を前記ウェハの準備した炭化珪素面に添加するステップと、
を備えていることを特徴とする方法。
請求項１１記載の方法において、該方法は、前記炭化珪素ウェハのＣ面上に前記ダイアモンド層を成長させ、前記ウェハのＳｉ面に前記ヘテロ構造を添加するステップを含むことを特徴とする方法。
請求項４記載の方法において、前記ＳｉＣ面を準備するステップは、前記ＳｉＣ面を研磨することから成ることを特徴とする方法。
請求項１１記載の方法において、前記ＳｉＣ部分の厚さを削減するステップは、前記ＳｉＣ部分をラッピング及び研磨することから成ることを特徴とする方法。
請求項１１記載の方法において、該方法は、
高周波デバイス用半絶縁基板を得るために、半絶縁炭化珪素の層上に半絶縁ダイアモンドの層を堆積するステップと、
その後に、ウェハ処理の間機械的安定性を高めるために、前記半絶縁層上に第２のダイアモンド層を堆積するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
請求項１１記載の方法において、該方法は、前記炭化珪素に対向して、前記ダイアモンド層にダイアモンド以外の第２材料の層を添加するステップを含むことを特徴とする方法。
ワイドバンドギャップ材料内における高電力デバイスであって、
低熱伝導率材料のウェハの一方の面上における、高熱伝導率材料の層であって、前記低熱伝導率材料が、前記高熱伝導率材料よりも優れた第III族窒化物に対する結晶格子一致度を有することにより、得られる複合ウェハの熱伝導率を高める、層と、
前記高熱伝導率材料がある前記面とは逆側の前記ウェハの面上の少なくとも１つの第III族窒化物エピタキシャル層と、
を備えていることを特徴とする高電力デバイス。
請求項１７記載のデバイスにおいて、前記高熱伝導率材料は、窒化硼素、及びダイアモンドから成る群から選択されることを特徴とするデバイス。
請求項１７記載のデバイスにおいて、前記低熱伝導率材料は、シリコン、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化アルミニウム・ガリウム、酸化亜鉛、アルミン酸リチウム、没食子酸リチウム、酸化マグネシウム、アルミン酸ニッケル、及びサファイアから成る群から選択されることを特徴とするデバイス。
請求項１７記載のデバイスであって、該デバイスは、少なくとも１つの第ＩＩＩ族窒化物ヘテロ構造を備えていることを特徴とするデバイス。
ワイドバンドギャップ高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）であって、
炭化珪素よりも高い熱伝導率のヒート・シンクを設けるダイアモンド基板と、
前記ダイアモンド基板上にあり、第ＩＩＩ族窒化物エピ層に好ましい結晶成長表面を設けるための、半絶縁単結晶炭化珪素層と、
前記炭化珪素層上にあり、炭化珪素と第ＩＩＩ族窒化物との間の結晶遷移を高める、バッファ層と、
前記バッファ層上にある、第１の第ＩＩＩ族窒化物の第１エピタキシャル層と、
前記第１エピタキシャル層上にあり、前記第１エピ層と共にヘテロ接合を形成する、異なる第ＩＩＩ族窒化物の第２エピタキシャル層であって、該第２エピ層の前記第ＩＩＩ族窒化物が、前記第１エピ層の前記第１の第ＩＩＩ族窒化物よりも広いバンドギャップを有し、前記第１及び第２エピ層の界面において、前記第１エピ層内に二次元電子ガスを発生する、第２エピタキシャル層と、
前記第２エピタキシャル第ＩＩＩ族窒化物層に対する各ソース、ゲート、及びドレイン・コンタクトであって、前記ソース及びドレイン間に電流の流れを発生し、前記ゲートに印加する電圧によって制御する、ソース、ゲート、及びドレイン・コンタクトと、
を備えていることを特徴とするワイドバンドギャップ高電子移動度トランジスタ。
請求項２１記載のＨＥＭＴにおいて、前記第１エピタキシャル層は、窒化ガリウムから成り、前記第２エピタキシャル層は、窒化アルミニウム・ガリウムのドープ層と、窒化アルミニウム・ガリウムの非ドープ層とから成り、前記非ドープ窒化アルミニウム・ガリウムが前記非ドープ窒化ガリウム層に隣接していることを特徴とするＨＥＭＴ。
請求項２１記載のＨＥＭＴにおいて、前記第１エピタキシャル層は、窒化ガリウムから成り、前記第２エピタキシャル層は、窒化アルミニウム・ガリウムの層と、窒化アルミニウムの非ドープ層とから成り、前記非ドープ窒化アルミニウム層が前記非ドープ窒化ガリウム層に隣接していることを特徴とするＨＥＭＴ。
請求項２１記載のＨＥＭＴにおいて、該ＨＥＭＴは更に、前記ＨＥＭＴに対する機械的支持を付加するために、前記ダイアモンド基板に機械的基板を備えていることを特徴とするＨＥＭＴ。
請求項２１記載のＨＥＭＴにおいて、前記ダイアモンド基板は、互いに特性が異なる少なくとも２つの離散ダイアモンド層で形成されていることを特徴とするＨＥＭＴ。
請求項２７記載のワイドバンドギャップ高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）において、
前記バッファ層は、前記炭化珪素基板上にある第ＩＩＩ族窒化物バッファ層であり、
前記第１エピタキシャル層は、前記バッファ層上にある窒化ガリウムのエピタキシャル層であり、
前記第２エピタキシャル層は、前記窒化ガリウム・エピ層と共にヘテロ接合を形成するために前記窒化ガリウム・エピタキシャル層上にある窒化アルミニウム・ガリウムのエピタキシャル層であり、前記窒化アルミニウム・ガリウムは、前記窒化ガリウム及び窒化アルミニウム・ガリウム・エピ層の界面において、前記窒化ガリウム・エピ層内に二次元電子ガスを発生するために、前記窒化ガリウム・エピタキシャル層よりも広いバンドギャップを有する、
ことを特徴とするワイドバンドギャップ高電子移動度トランジスタ。
請求項２６記載のＨＥＭＴにおいて、前記窒化ガリウム層はドープされておらず、前記窒化アルミニウム・ガリウム層はｎ−ドープされていることを特徴とするＨＥＭＴ。
請求項２６記載のＨＥＭＴにおいて、前記バッファ層は、窒化アルミニウムから成ることを特徴とするＨＥＭＴ。
請求項２６記載のＨＥＭＴにおいて、前記窒化アルミニウム・ガリウム層は、ドープ層及び非ドープ層で形成されており、前記非ドープ窒化アルミニウム・ガリウム層が前記非ドープ窒化ガリウム層に隣接し、前記オーミック・コンタクトが前記ドープ層に至ることを特徴とするＨＥＭＴ。
請求項２６記載のＨＥＭＴにおいて、前記窒化アルミニウム・ガリウム層は、２つの非ドープ層間にあるドープ層で形成され、前記非ドープ層の一方が前記非ドープ窒化ガリウム層に隣接し、前記非ドープ層の他方が、前記それぞれのオーミック・コンタクトに接触することを特徴とするＨＥＭＴ。
請求項２６記載のＨＥＭＴであって、該ＨＥＭＴは更に、前記ヘテロ接合の上方にパシベーション層を備えていることを特徴とするＨＥＭＴ。
請求項２１又は２６記載のＨＥＭＴにおいて、該ＨＥＭＴは、高熱伝導率材料内に封入されていることを特徴とするＨＥＭＴ。
半導体デバイス用のウェハ先駆体であって、
直径が少なくとも２インチである、単結晶炭化珪素の基板と、
前記炭化珪素基板の第１面上にあるダイアモンドの層と、
を備えており、
前記炭化珪素基板の反対側の面が、その上における第ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル成長のために、準備されている
ことを特徴とするウェハ先駆体。
請求項３３記載のウェハ先駆体において、前記炭化珪素基板は、直径が少なくとも３インチであることを特徴とするウェハ先駆体。
請求項３３記載のウェハ先駆体において、前記炭化珪素基板は、直径が少なくとも１００ｍｍであることを特徴とするウェハ先駆体。
請求項３３記載のウェハ先駆体において、前記第ＩＩＩ族窒化物活性構造は、少なくとも１つのヘテロ構造を含むことを特徴とするウェハ先駆体。
請求項５０記載のウェハ先駆体において、該先駆体は、前記炭化珪素基板上、及び前記基板と前記ヘテロ構造との間にバッファ層を備えていることを特徴とするウェハ先駆体。
半導体レーザであって、
ダイアモンド基板と、
前記ダイアモンド基板上にある単結晶炭化珪素層と、
前記炭化珪素層上にある少なくとも１つの第１クラッディング層と、
前記少なくとも１つのクラッディング層上にある第ＩＩＩ族窒化物活性部分と、
前記活性部分上にある少なくとも１つの第２クラッディング層と、
を備えていることを特徴とする半導体レーザ。
請求項３８記載の半導体レーザにおいて、該半導体レーザはさらに、前記炭化珪素層と前記第１クラッディング層との間にバッファ層を備えていることを特徴とする半導体レーザ。
請求項３８記載の半導体レーザにおいて、該半導体レーザは、多結晶ダイアモンド基板を備えていることを特徴とする半導体レーザ。