JP2010521065A - 中間層構造を有する窒化物半導体構造、及び中間層構造を有する窒化物半導体構造を製造する方法 - Google Patents
中間層構造を有する窒化物半導体構造、及び中間層構造を有する窒化物半導体構造を製造する方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
Claims (51)
- 窒化物半導体材料の第1の層と、
前記窒化物半導体材料の第1の層上の、第1の格子定数を有する実質的に緩和された窒化物中間層であって、アルミニウム及びガリウムを含み、n型ドーパントで導電的にドープされる窒化物中間層と、
前記窒化物中間層上の前記窒化物半導体材料の第2の層と
を備える半導体構造であって、
前記窒化物半導体材料の前記第1の層、前記窒化物中間層、及び前記窒化物半導体材料の前記第2の層は、全体として少なくとも約0.5μmの厚さを有し、
前記窒化物半導体材料は、前記窒化物半導体材料の前記第1の層が前記実質的に緩和された窒化物中間層の一方の側において、前記窒化物半導体材料の前記第2の層が前記実質的に緩和された窒化物中間層の他方の側で受けるより大きい引っ張り歪みを受けるような、第2の格子定数を有することを特徴とする半導体構造。 - 請求項1に記載の半導体構造において、前記窒化物半導体材料の前記第2の層は、前記実質的に緩和された窒化物中間層の一方の側で圧縮歪みを受け、前記窒化物半導体材料の前記第1の層は、前記実質的に緩和された窒化物中間層の他方の側で引っ張り歪みを受けることを特徴とする半導体構造。
- 請求項1に記載の半導体構造において、前記実質的に緩和された窒化物中間層の上に直接、不連続マスク層を更に備えることを特徴とする半導体構造。
- 請求項3に記載の半導体構造において、前記不連続マスク層は、SiN及び/又はMgNを含むことを特徴とする半導体構造。
- 請求項4に記載の半導体構造において、前記窒化物半導体材料の前記第1の層は、前記中間層より下で第1の転位密度を有し、前記窒化物半導体層の前記第2の層は、前記中間層より上で前記第1の転位密度より低い第2の転位密度を有することを特徴とする半導体構造。
- 請求項3に記載の半導体構造において、前記不連続マスク層は、BNを含むことを特徴とする半導体構造。
- 請求項3に記載の半導体構造において、前記窒化物半導体層の前記第1の層の上に直接、第2の不連続マスク層を更に備え、前記第2の不連続マスク層の上に、前記窒化物中間層が存在することを特徴とする半導体構造。
- 請求項1に記載の半導体構造において、前記窒化物中間層は、約1×1019cm-3から約1×1021cm-3の濃度のシリコンでドープされることを特徴とする半導体構造。
- 請求項1に記載の半導体構造において、前記窒化物中間層は、傾斜層を備えることを特徴とする半導体構造。
- 請求項1に記載の半導体構造において、前記窒化物中間層は、複数の副層を備えることを特徴とする半導体構造。
- 請求項1に記載の半導体構造において、前記中間層は、複数のInAlN:Si/GaN:Siの対を含むことを特徴とする半導体構造。
- 請求項1に記載の半導体構造において、前記中間層は、複数のInAlGaN:Si/GaN:Siの対を含むことを特徴とする半導体構造。
- 請求項1に記載の半導体構造において、前記窒化物半導体材料の前記第1及び第2の層の平均的な歪みは、前記中間層を含まない対応する半導体構造より引っ張り歪みが小さい状態であることを特徴とする半導体構造。
- 請求項1に記載の半導体構造において、基板を更に備え、前記窒化物半導体材料の前記第1の層は前記基板の上に存在し、前記窒化物半導体材料は第1の熱膨張係数を有し、前記基板は、前記窒化物半導体材料の前記第2の層が高い成長温度より室温でより大きい引っ張り歪みを受ける傾向になるように、前記第1の熱膨張係数より小さい第2の熱膨張係数を有することを特徴とする半導体構造。
- 請求項1に記載の半導体構造において、前記第2の層は、前記第2の層の成長温度より室温でより緩和されることを特徴とする半導体構造。
- 請求項15に記載の半導体構造において、前記第2の層は、室温で実質的に緩和されることを特徴とする半導体構造。
- 請求項1に記載の半導体構造において、前記第1の層及び前記第2の層は、前記窒化物層の成長温度より約700から800℃の温度でより小さい湾曲を有することを特徴とする半導体構造。
- 請求項1に記載の半導体構造において、前記中間層は、前記中間層にわたっての電圧降下が0.1V未満になるような厚さ及び抵抗率を有することを特徴とする半導体構造。
- 請求項18に記載の半導体構造において、前記中間層は、約32A/cm2の電流密度において、約0.015μmの厚さ及び約2000オームcm未満の抵抗率を有することを特徴とする半導体構造。
- 請求項1に記載の半導体構造において、前記窒化物中間層は、ある材料組成及びドーピング濃度を有する第1の窒化物中間層を備え、前記構造は、
前記窒化物半導体材料の前記第2の層上の第2の窒化物中間層であって、アルミニウム及びガリウムを含み、n型ドーパントで導電的にドープされ、前記第1の窒化物中間層の前記材料組成及び/又はドーピング濃度とは異なる材料組成及び/又はドーピング濃度を有する第2の窒化物中間層と、
前記第2の窒化物中間層上の前記窒化物半導体材料の第3の層と
を更に備えることを特徴とする半導体構造。 - 請求項20に記載の半導体構造において、前記第1の窒化物層は、第1のガリウム濃度を有し、前記第2の窒化物層は、前記第1のガリウム濃度より大きい第2のガリウム濃度を有することを特徴とする半導体構造。
- 請求項20に記載の半導体構造において、前記第1の窒化物層は、第1のドーピング濃度を有し、前記第2の窒化物層は、前記第1のドーピング濃度より大きい第2のドーピング濃度を有することを特徴とする半導体構造。
- 請求項1に記載の半導体構造において、前記窒化物中間層はその内部に、前記窒化物中間層の材料組成とは異なる材料組成を有する、複数のディスクリート部を備えることを特徴とする半導体構造。
- 請求項23に記載の半導体構造において、前記窒化物中間層は、第1のバンドギャップを有し、前記ディスクリート部は、前記第1のバンドギャップより小さい第2のバンドギャップを有することを特徴とする半導体構造。
- 請求項23に記載の半導体構造において、前記ディスクリート部は、前記窒化物中間層の中に、約0.1/μm2から約100/μm2の間の量で存在することを特徴とする半導体構造。
- 請求項23に記載の半導体構造において、前記ディスクリート部は、直径において0.01μmから0.1μmの間であることを特徴とする半導体構造。
- 半導体構造を形成する方法であって、
窒化物半導体材料の第1の層を形成するステップと、
前記窒化物半導体材料の第1の層の上に、アルミニウム及びガリウムを含み、n型ドーパントで導電的にドープされる第1の格子定数を有する実質的に緩和された窒化物中間層を形成するステップと、
前記窒化物半導体材料の第2の層を形成するステップであって、前記窒化物半導体材料の前記第1の層、前記窒化物中間層、及び前記窒化物半導体材料の前記第2の層は、少なくとも約0.5μmの合わさった厚さを有するステップとを備え、
前記窒化物半導体材料は、前記窒化物半導体材料の第1の層が前記実質的に緩和された窒化物中間層の一方の側において、前記窒化物半導体材料の第2の層が前記実質的に緩和された窒化物中間層の他方の側で受けるより小さい引っ張り歪みを受けるような、第2の格子定数を有することを特徴とする方法。 - 請求項27に記載の方法において、前記窒化物半導体材料の前記第2の層は、前記実質的に緩和された窒化物中間層の一方の側で圧縮歪みを受けるように形成され、前記窒化物半導体材料の前記第1の層は、前記実質的に緩和された窒化物中間層の他方の側で引っ張り歪みを受けるように形成されることを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記窒化物半導体材料の前記第2の層を形成するステップの前に、前記実質的に緩和された窒化物中間層の上に直接、不連続マスク層を形成するステップを更に備えることを特徴とする方法。
- 請求項29に記載の方法において、前記不連続マスク層は、SiN及び/又はMgNを含むことを特徴とする方法。
- 請求項29に記載の方法において、前記不連続マスク層は、BNを含むことを特徴とする方法。
- 請求項29に記載の方法において、前記第1の窒化物層の上に直接、第2の不連続マスク層を形成するステップを更に備え、前記第2の不連続マスク層の上に、前記窒化物中間層が形成されることを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記窒化物中間層は、約1×1019cm-3から約1×1021cm-3の濃度のシリコンでドープされることを特徴とする方法。
- 請求項7に記載の方法において、前記窒化物中間層は傾斜層を備えることを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記窒化物中間層を形成するステップは、複数の副層を形成するステップを備えることを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記窒化物中間層は、複数のInAlN:Si/GaN:Siの対を含むことを特徴とする方法。
- 請求項36に記載の方法において、前記窒化物中間層は、複数のInAlGaN:Si/GaN:Siの対を含むことを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記窒化物半導体材料の前記第1の層を形成するステップは、基板の上に前記窒化物半導体材料の第1の層を形成するステップを備え、前記窒化物半導体材料は第1の熱膨張係数を有し、前記基板は、前記第2の層が高い成長温度より室温でより大きい引っ張り歪みを受ける傾向になるように、前記第1の熱膨張係数より小さい第2の熱膨張係数を有することを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記第1の層及び前記第2の層は、前記窒化物層の成長温度より約700から約800℃の温度でより小さい湾曲を有することを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記中間層は、前記中間層にわたっての電圧降下が0.1V未満であるような厚さ及び抵抗率を有することを特徴とする方法。
- 請求項40に記載の方法において、前記中間層は、約32A/cm2の電流密度において、約0.015μmの厚さ及び約2000オームcm未満の抵抗率を有することを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記窒化物中間層を形成するステップは、前記窒化物中間層を約800℃の温度で形成するステップを備えることを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記第1の層を形成するステップは、前記第1の層を約0.5μm未満の厚さを有するように形成するステップを備えることを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記窒化物中間層は、ある材料組成及びドーピングを有する第1の窒化物中間層を備え、前記方法は、
前記窒化物半導体材料の第2の層の上に第2の窒化物中間層を形成するステップであって、前記第2の窒化物中間層はアルミニウム及びガリウムを含み、n型ドーパントで導電的にドープされ、前記第2の窒化物中間層は、前記第1の窒化物中間層の前記材料組成及び/又はドーピング濃度とは異なる材料組成及び/又はドーピング濃度を有するステップと、
前記第2の窒化物中間層の上に、前記窒化物半導体材料の第3の層を形成するステップと
を更に備えることを特徴とする方法。 - 請求項44に記載の方法において、前記第1の窒化物層は、第1のガリウム濃度を有し、前記第2の窒化物層は、前記第1のガリウム濃度より大きい第2のガリウム濃度を有することを特徴とする方法。
- 請求項44に記載の方法において、前記第1の窒化物層は、第1のドーピング濃度を有し、前記第2の窒化物層は、前記第1のドーピング濃度より大きい第2のドーピング濃度を有することを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記窒化物中間層の中に、前記窒化物中間層の材料組成とは異なる材料組成を有する、複数のディスクリート部を形成するステップを更に備えることを特徴とする方法。
- 請求項47に記載の方法において、前記窒化物中間層は、第1のバンドギャップを有し、前記ディスクリート部は、前記第1のバンドギャップより小さい第2のバンドギャップを有することを特徴とする方法。
- 請求項47に記載の方法において、前記ディスクリート部は、前記窒化物中間層の中に、約40/μm2から60/μm2の間の量で存在するように形成されることを特徴とする方法。
- 請求項47に記載の方法において、前記ディスクリート部30Aは、0.01μmから0.1μmの間の直径を有するように形成されることを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記半導体構造の層をエッチングするステップを更に備え、前記窒化物中間層はエッチストップ層として用いられることを特徴とする方法。
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