JP5920609B2 - 半導体デバイス用の欠陥低減構造 - Google Patents
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Description
この国際出願は、2011年6月30日に出願され、また「Defect Mitigation Structures for Semiconductor Devices」という発明の名称の米国特許出願第13/172880号に対する優先権を主張するものであり、その米国特許出願の全体を引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
例えば、以下に記載した実施形態例1〜33が挙げられる。
(実施形態例1)
半導体デバイス(100)であって、
基板(101)と、
前記基板(101)の上に配置された欠陥低減構造(102)と、
前記欠陥低減構造(102)の上に配置されたデバイス活性層(103)と
を含んでなる、半導体デバイス。
(実施形態例2)
前記基板(101)は、ドープシリコン、非ドープシリコン、シリコンの誘導体、又は組成式Si1−xGexCy(0≦x≦1及び0≦y≦1)を有するIV族合金のうちの1つを含む、実施形態例1に記載の半導体デバイス。
(実施形態例3)
前記基板(101)は<111>配向であり、該基板の巨視的な方位差角は、0度から10度及び1度から5度のうちの一方である、実施形態例1に記載の半導体デバイス。
(実施形態例4)
前記欠陥低減構造(102)は、
前記基板(101)の上に配置された基板核形成層(102a)と、
前記基板核形成層(102a)の上に配置された基板中間層(102b)と、
前記基板中間層(102b)の上に配置された基板最上層(102c)と、
前記基板最上層(102c)の上に配置されたデバイス核形成層(102d)と、
前記デバイス核形成層(102d)の上に配置されたデバイス中間層(102e)と、
前記デバイス中間層(102e)の上に配置されたデバイス最上層(102f)と
を含む、実施形態例1に記載の半導体デバイス。
(実施形態例5)
前記基板中間層(102b)は、組成式Si1−xGexCy(0≦x≦1及び0≦y≦1)を有するドープ又は非ドープIV族合金を含む層の組合せである、実施形態例4に記載の半導体デバイス。
(実施形態例6)
前記デバイス核形成層(102d)は、窒化ケイ素(Si3N4)、Ge3N4、(Si1−xGex)3N4、窒化アルミニウム(AlN)、窒化チタン(TiN)、窒化アルミニウムインジウム(AlInN)及びそれらの誘導体のうちの1つを含む、実施形態例4に記載の半導体デバイス。
(実施形態例7)
前記デバイス中間層(102e)は、窒化アルミニウム(AlN)、窒化チタン(TiN)、窒化アルミニウムインジウム(AlInN)、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)、AlInGaN、Si−AlN、Si−AlInN、Si−GaN、Si−AlGaN、Si−AlInGaN、Mg−AlN、Mg−AlInN、Mg−GaN、Mg−AlGaN、Mg−AlInGaN、Ge−AlN、Ge−AlInN、Ge−GaN、Ge−AlGaN、Ge−AlInGaN及びそれらの誘導体のうちの1つ以上のものを含む、実施形態例4に記載の半導体デバイス。
(実施形態例8)
前記基板核形成層(102a)の特性は、前記基板(101)の特性と実質的に同じである、実施形態例4に記載の半導体デバイス。
(実施形態例9)
前記基板核形成層(102a)は、ドープ基板核形成層又は非ドープ基板核形成層のうちの一方であり、前記基板核形成層をドープするドーパントは、ホウ素、アルミニウム、リン又はヒ素のうちの1つである、実施形態例4に記載の半導体デバイス。
(実施形態例10)
前記基板核形成層(102a)は、前記基板と比較して実質的に同じの欠陥密度又は該基板と比較して低い欠陥密度を有している、実施形態例4に記載の半導体デバイス。
(実施形態例11)
前記基板中間層(102b)は、ドープ基板中間層又は非ドープ基板中間層のうちの一方であり、前記基板中間層をドープするドーパントは、ホウ素、アルミニウム、リン又はヒ素のうちの1つである、実施形態例4に記載の半導体デバイス。
(実施形態例12)
前記基板中間層(102b)の特性は、前記基板核形成層(102a)の特性とは異なる、実施形態例4に記載の半導体デバイス。
(実施形態例13)
前記基板最上層(102c)の組成は、前記基板中間層(102b)の最上面の組成と実質的に同じである、実施形態例4に記載の半導体デバイス。
(実施形態例14)
前記基板最上層(102c)は、前記基板中間層(102b)と比較して欠陥密度が低い、実施形態例4に記載の半導体デバイス。
(実施形態例15)
前記基板最上層(102c)は、ドープ基板最上層又は非ドープ基板最上層のうちの一方であり、前記基板最上層をドープするドーパントは、ホウ素、アルミニウム、リン又はヒ素のうちの1つである、実施形態例4に記載の半導体デバイス。
(実施形態例16)
前記デバイス核形成層(102d)の特性は、前記基板最上層(102c)の特性と実質的に同じである、実施形態例4に記載の半導体デバイス。
(実施形態例17)
前記デバイス核形成層(102d)の特性は、前記基板最上層(102c)の特性とは異なる、実施形態例4に記載の半導体デバイス。
(実施形態例18)
前記デバイス核形成層(102d)は、高欠陥密度又は低欠陥密度のうちの一方を有している、実施形態例4に記載の半導体デバイス。
(実施形態例19)
前記デバイス中間層(102e)の格子パラメータは、前記デバイス核形成層(102d)の格子パラメータと実質的に同じであり、前記デバイス中間層(102e)の熱膨張係数は、前記デバイス核形成層(102d)の熱膨張係数とは異なる、実施形態例4に記載の半導体デバイス。
(実施形態例20)
前記デバイス中間層(102e)は、前記デバイス核形成層(102d)と比較して欠陥密度が低い、実施形態例4に記載の半導体デバイス。
(実施形態例21)
実施形態例4に記載の前記デバイス最上層(102f)の組成は、前記デバイス活性層(103)の組成と一致する、実施形態例4に記載の半導体デバイス。
(実施形態例22)
前記デバイス最上層(102f)の格子パラメータ及び熱膨張係数は、前記デバイス中間層(102e)の格子パラメータ及び熱膨張係数とは異なる、実施形態例4に記載の半導体デバイス。
(実施形態例23)
前記基板中間層(102b)は、厚さ座標に沿った基板中間層組成の分布を含み、該基板中間層組成の該分布は、該基板中間層組成における単一成分の分布又は該基板中間層組成における2つ以上の成分の分布のうちの一方に基づく、実施形態例4に記載の半導体デバイス。
(実施形態例24)
前記基板中間層(102b)における前記単一成分の前記分布は、厚さが相関しない任意の数の可変組成領域及び一定組成領域の両方を含み、前記可変組成領域の各々における前記単一成分の前記分布は、急に、上昇する速度で、均一速度で、又は低下する速度でのうちの1つで変化する、実施形態例23に記載の半導体デバイス。
(実施形態例25)
前記基板中間層(102b)における前記2つ以上の成分の前記分布は、厚さが相関しない任意の数及び位置の可変組成領域及び一定組成領域の両方を含み、前記可変組成領域の各々における前記2つ以上の成分の前記分布は、急に、上昇する速度で、均一速度で、又は低下する速度でのうちの1つで変化する、実施形態例23に記載の半導体デバイス。
(実施形態例26)
前記デバイス中間層(102e)は、厚さ座標に沿ったデバイス中間層組成の分布を含み、該デバイス中間層組成の該分布は、該デバイス中間層組成における単一成分の分布又は該デバイス中間層組成における2つ以上の成分の分布のうちの一方に基づく、実施形態例4に記載の半導体デバイス。
(実施形態例27)
前記デバイス中間層(102e)における前記単一成分の前記分布は、厚さが相関しない任意の数の可変組成領域及び一定組成領域の両方を含み、前記可変組成領域の各々における前記単一成分の前記分布は、急に、上昇する速度で、均一速度で、又は低下する速度でのうちの1つで変化する、実施形態例26に記載の半導体デバイス。
(実施形態例28)
前記デバイス中間層(102e)における前記2つ以上の成分の前記分布は、厚さが相関しない任意の数及び位置の可変組成領域及び一定組成領域の両方を含み、前記可変組成領域の各々における前記2つ以上の成分の前記分布は、急に、上昇する速度で、均一速度で、又は低下する速度でのうちの1つで変化する、実施形態例26に記載の半導体デバイス。
(実施形態例29)
前記デバイス活性層(103)はIII族窒化物材料を含む、実施形態例1に記載の半導体デバイス。
(実施形態例30)
半導体デバイス(100)を製造する方法であって、
<111>配向シリコン系基板(101)を準備するステップ(701)と、
前記基板(101)の上に欠陥低減構造(102)を配置するステップ(702)と、
前記欠陥低減構造(102)の上にデバイス活性層(103)を配置するステップ(703)と
を含んでなる、半導体デバイスを製造する方法。
(実施形態例31)
前記欠陥低減構造(102)は、
前記基板(101)の上に基板核形成層(102a)を配置するステップと、
前記基板核形成層(102a)の上に基板中間層(102b)を配置するステップと、
前記基板中間層(102b)の上に基板最上層(102c)を配置するステップと、
前記基板最上層(102c)の上にデバイス核形成層(102d)を配置するステップと、
前記デバイス核形成層(102d)の上にデバイス中間層(102e)を配置するステップと、
前記デバイス中間層(102e)の上にデバイス最上層(102f)を配置するステップと
によって製造される、実施形態例30に記載の方法。
(実施形態例32)
前記基板中間層(102b)は、厚さ座標に沿った基板中間層組成の分布を含み、該基板中間層組成の該分布は、該基板中間層組成における単一成分の分布又は該基板中間層組成における2つ以上の成分の分布のうちの一方に基づく、実施形態例31に記載の方法。
(実施形態例33)
前記デバイス中間層(102b)は、厚さ座標に沿ったデバイス中間層組成の分布を含み、該デバイス中間層組成の該分布は、該デバイス中間層組成における単一成分の分布又は該デバイス中間層組成における2つ以上の成分の分布のうちの一方に基づく、実施形態例31に記載の方法。
Claims (32)
- 半導体デバイスであって、
基板と、
前記基板の上に配置された欠陥低減構造と、
前記欠陥低減構造の上に配置されたデバイス活性層と
を備えてなり、
前記欠陥低減構造は、
前記基板の上に配置された基板核形成層と、
前記基板核形成層の上に配置された基板中間層と、
前記基板中間層の上に配置された基板最上層と、
前記基板最上層の上に配置されたデバイス核形成層と、
前記デバイス核形成層の上に配置されたデバイス中間層であって、該デバイス中間層の熱膨張係数は前記デバイス核形成層の熱膨張係数とは異なり、該デバイス中間層の格子パラメータは前記デバイス核形成層の格子係数と実質的に同じである、デバイス中間層と、
前記デバイス中間層の上に配置されたデバイス最上層と
を含むものである、半導体デバイス。 - 前記基板は、ドープシリコン、非ドープシリコン、シリコンの誘導体、又は組成式Si1−xGexCy(0≦x≦1及び0≦y≦1)を有するIV族合金のうちの1つを含む、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記基板は<111>配向であり、該基板の巨視的な方位差角は、0度から10度及び1度から5度のうちの一方である、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記基板中間層は、厚さ座標に沿った基板中間層組成の分布を含み、該基板中間層組成の該分布は、該基板中間層組成における単一成分の分布又は該基板中間層組成における2つ以上の成分の分布のうちの一方に基づき、前記デバイス中間層は、厚さ座標に沿ったデバイス中間層組成の分布を含み、該デバイス中間層組成の該分布は、該デバイス中間層組成における単一成分の分布又は該デバイス中間層組成における2つ以上の成分の分布のうちの一方に基づく、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記基板中間層における前記単一成分の前記分布は、厚さが相関しない任意の数の可変組成領域及び一定組成領域の両方を含み、前記可変組成領域の各々における前記単一成分の前記分布は、急に、上昇する速度で、均一速度で、又は低下する速度でのうちの1つで変化する、請求項4に記載の半導体デバイス。
- 前記基板中間層における前記2つ以上の成分の前記分布は、厚さが相関しない任意の数及び位置の可変組成領域及び一定組成領域の両方を含み、前記可変組成領域の各々における前記2つ以上の成分の前記分布は、急に、上昇する速度で、均一速度で、又は低下する速度でのうちの1つで変化する、請求項4に記載の半導体デバイス。
- 前記デバイス核形成層は、窒化ケイ素(Si3N4)、Ge3N4、(Si1−xGex)3N4、窒化アルミニウム(AlN)、窒化チタン(TiN)、窒化アルミニウムインジウム(AlInN)及びそれらの誘導体のうちの1つを含む、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記デバイス中間層は、窒化アルミニウム(AlN)、窒化チタン(TiN)、窒化アルミニウムインジウム(AlInN)、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)、AlInGaN、Si−AlN、Si−AlInN、Si−GaN、Si−AlGaN、Si−AlInGaN、Mg−AlN、Mg−AlInN、Mg−GaN、Mg−AlGaN、Mg−AlInGaN、Ge−AlN、Ge−AlInN、Ge−GaN、Ge−AlGaN、Ge−AlInGaN及びそれらの誘導体のうちの1つ以上のものを含む、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記デバイス中間層における前記単一成分の前記分布は、厚さが相関しない任意の数の可変組成領域及び一定組成領域の両方を含み、前記可変組成領域の各々における前記単一成分の前記分布は、急に、上昇する速度で、均一速度で、又は低下する速度でのうちの1つで変化する、請求項4に記載の半導体デバイス。
- 前記デバイス中間層における前記2つ以上の成分の前記分布は、厚さが相関しない任意の数及び位置の可変組成領域及び一定組成領域の両方を含み、前記可変組成領域の各々における前記2つ以上の成分の前記分布は、急に、上昇する速度で、均一速度で、又は低下する速度でのうちの1つで変化する、請求項4に記載の半導体デバイス。
- 前記基板核形成層の1つ以上の特性は、前記基板の1つ以上の特性と実質的に同じである、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記基板核形成層は、ドープ基板核形成層及び非ドープ基板核形成層のうちの一方であり、前記基板核形成層をドープするドーパントは、ホウ素、アルミニウム、リン又はヒ素のうちの1つである、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記基板核形成層は、前記基板と比較して実質的に同じの欠陥密度又は該基板と比較して低い欠陥密度のうちの一方によって特徴付けられる、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記基板中間層は、ドープ基板中間層又は非ドープ基板中間層のうちの一方であり、前記基板中間層をドープするドーパントは、ホウ素、アルミニウム、リン又はヒ素のうちの1つである、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記基板中間層の1つ以上の特性は、前記基板核形成層の1つ以上の特性とは異なる、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記基板最上層の組成は、前記基板中間層の最上面の組成と実質的に同じである、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記基板最上層は、前記基板中間層と比較して低い欠陥密度によって特徴付けられる、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記基板最上層は、ドープ基板最上層又は非ドープ基板最上層のうちの一方であり、前記基板最上層をドープするドーパントは、ホウ素、アルミニウム、リン又はヒ素のうちの1つである、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記デバイス核形層の1つ以上の特性は、前記基板最上層の1つ以上の特性と実質的に同じである、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記デバイス核形成層の1つ以上の特性は前記基板最上層の1つ以上の特性とは異なる、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記デバイス核形成層は、高欠陥密度又は低欠陥密度のうちの一方によって特徴付けられる、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記デバイス中間層は、前記デバイス核形成層と比較して低い欠陥密度によって特徴付けられる、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記デバイス最上層の組成は、前記デバイス活性層の組成と一致する、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記デバイス最上層の格子パラメータ及び熱膨張係数は、前記デバイス中間層の格子パラメータ及び熱膨張係数とは異なる、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記デバイス活性層はIII族窒化物材料を含む、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 半導体デバイスを製造する方法であって、
<111>配向シリコン系基板を準備するステップと、
前記基板の上に欠陥低減構造を配置するステップと、
前記デバイス低減構造の上にデバイス活性層を配置するステップと
を含んでなり、
前記欠陥低減構造は、
前記基板の上に基板核形成層を配置し、
前記基板核形成層の上に基板中間層を配置し、
前記基板中間層の上に基板最上層を配置し、
前記基板最上層の上にデバイス核形成層を配置し、
前記デバイス核形成層の上にデバイス中間層を配置し、ここで、該デバイス中間層の熱膨張係数は前記デバイス核形成層の熱膨張係数とは異なり、該デバイス中間層の格子パラメータは前記デバイス核形成層の格子パラメータと実質的に同じであり、
前記デバイス中間層の上にデバイス最上層を配置することによって製造される、半導体デバイスを製造する方法。 - 半導体デバイスであって、
基板と、
前記基板の上に配置された欠陥低減構造と、
前記欠陥低減構造の上に配置されたデバイス活性層と
を含んでなり、
前記欠陥低減構造は、
前記基板の上に配置された基板核形成層と、
前記基板核形成層の上に配置された基板中間層であって、組成式Si1−xGexCy(0≦x≦1及び0≦y≦1)を有するドープ又は非ドープIV族合金を含む層の組合せである、基板中間層と、
前記基板中間層の上に配置された基板最上層と、
前記基板最上層の上に配置されたデバイス核形成層と、
前記デバイス核形成層の上に配置されたデバイス中間層と、
前記デバイス中間層の上に配置されたデバイス最上層と
を含む、半導体デバイス。 - 半導体デバイスであって、
基板と、
前記基板の上に配置された欠陥低減構造と、
前記欠陥低減構造の上に配置されたデバイス活性層と
を含んでなり、
前記欠陥低減構造は、
前記基板の上に配置された基板核形成層と、
前記基板核形成層の上に配置された基板中間層と、
前記基板中間層の上に配置された基板最上層と、
前記基板最上層の上に配置されたデバイス核形成層であって、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)又は窒化アルミニウムインジウムガリウム(AlInGaN)を含む、デバイス核形成層と、
前記デバイス核形成層の上に配置されたデバイス中間層と、
前記デバイス中間層の上に配置されたデバイス最上層と
を含む、半導体デバイス。 - 半導体デバイスであって、
基板と、
前記基板の上に配置された欠陥低減構造と、
前記欠陥低減構造の上に配置されたデバイス活性層と
を含んでなり、
前記欠陥低減構造は、
前記基板の上に配置された基板核形成層と、
前記基板核形成層の上に配置された基板中間層と、
前記基板中間層の上に配置された基板最上層と、
前記基板最上層の上に配置されたデバイス核形成層と、
前記デバイス核形成層の上に配置されたデバイス中間層であって、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)又は窒化アルミニウムインジウムガリウム(AlInGaN)を含む、デバイス中間層と、
前記デバイス中間層の上に配置されたデバイス最上層と
を含む、半導体デバイス。 - 前記基板中間層は、組成式Si1−xGexCy(0≦x≦1及び0≦y≦1)を有するドープ又は非ドープIV族合金を含む層の組合せである、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記デバイス核形成層は、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)又は窒化アルミニウムインジウムガリウム(AlInGaN)を含む、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記デバイス中間層は、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)又は窒化アルミニウムインジウムガリウム(AlInGaN)を含む、請求項1に記載の半導体デバイス。
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