JPH1041230A - 窒素含有半導体物質のデバイス - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 インジウム含有量の高い活性層とインジウム
含有緩衝層を含みながら活性層の格子構造内の転位が許
容限度内であり、それらの内部で格子定数が主としてこ
の緩衝層の格子定数により決定されるＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体物質から成る窒化物ヘテロ構造を有するデバイ
スを提供する。 【解決手段】 活性層とこれに隣接する半導体物質との
間でエネルギーギャップにジョグが存在し、この積層を
基板（例えばサファイア又はＳｉＣ）上又は半導体（例
えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＡｌＮ）層上に著しく異な
る格子定数を有する物質から成長させる。
含有緩衝層を含みながら活性層の格子構造内の転位が許
容限度内であり、それらの内部で格子定数が主としてこ
の緩衝層の格子定数により決定されるＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体物質から成る窒化物ヘテロ構造を有するデバイ
スを提供する。 【解決手段】 活性層とこれに隣接する半導体物質との
間でエネルギーギャップにジョグが存在し、この積層を
基板（例えばサファイア又はＳｉＣ）上又は半導体（例
えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＡｌＮ）層上に著しく異な
る格子定数を有する物質から成長させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＩｎＧａＮを包含
する窒素含有半導体層構造を有するデバイスに関する。
する窒素含有半導体層構造を有するデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】この種のデバイスは例えば可視光線の範
囲、特に青色及び緑色のスペクトル範囲の放射線を形成
するために又は電界効果トランジスタ用、特にＨＥＭＴ
（高電子移動度トランジスタ）用に使用することができ
る。
囲、特に青色及び緑色のスペクトル範囲の放射線を形成
するために又は電界効果トランジスタ用、特にＨＥＭＴ
（高電子移動度トランジスタ）用に使用することができ
る。
【０００３】ＩＩＩ−Ｖ族窒化物（ＧａＮ、ＡｌＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＮ）から成るヘテロ構造を形成する際に基
板（サファイア、ＳｉＣなど）に対するこの層の格子定
数の適応障害の問題が生じる。基板上に通常の方法で第
１の層を緩衝層として施すと、緩衝層の内部では格子構
造の適応障害のために結晶格子内に転位の大部分が生じ
る。この緩衝層は一般にＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａ
Ｎ又はＡｌＮから成る。これらの層は基板上に一定の厚
さに成長させる際にそれ自体の物質固有の格子定数をと
る。更にＧａＮ又はＡｌＧａＮをその際使用される典型
的なアルミニウム含有分と共に成長させた場合それ以上
の転位は殆ど起こらない。このことは、ＩｎＮがＧａＮ
よりも１１．４％大きい格子定数を有するため、ＩｎＧ
ａＮには該当しない。従ってインジウムを２０％含むＩ
ｎＧａＮ層をＧａＮ上に約５ｎｍの臨界的な厚さに成長
させた場合に転位を形成し始め、この転位が一般にデバ
イスの電気的及び光学的特性を著しく劣化させ、その後
の層の成長もしばしば著しく妨げることが予想される。
大抵の用途には明らかに更に厚くかつインジウム成分の
多いＩｎＧａＮ層が必要である。
Ｎ、ＩｎＧａＮ）から成るヘテロ構造を形成する際に基
板（サファイア、ＳｉＣなど）に対するこの層の格子定
数の適応障害の問題が生じる。基板上に通常の方法で第
１の層を緩衝層として施すと、緩衝層の内部では格子構
造の適応障害のために結晶格子内に転位の大部分が生じ
る。この緩衝層は一般にＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａ
Ｎ又はＡｌＮから成る。これらの層は基板上に一定の厚
さに成長させる際にそれ自体の物質固有の格子定数をと
る。更にＧａＮ又はＡｌＧａＮをその際使用される典型
的なアルミニウム含有分と共に成長させた場合それ以上
の転位は殆ど起こらない。このことは、ＩｎＮがＧａＮ
よりも１１．４％大きい格子定数を有するため、ＩｎＧ
ａＮには該当しない。従ってインジウムを２０％含むＩ
ｎＧａＮ層をＧａＮ上に約５ｎｍの臨界的な厚さに成長
させた場合に転位を形成し始め、この転位が一般にデバ
イスの電気的及び光学的特性を著しく劣化させ、その後
の層の成長もしばしば著しく妨げることが予想される。
大抵の用途には明らかに更に厚くかつインジウム成分の
多いＩｎＧａＮ層が必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、放射
線の形成又はキャリアの制御用に備えられたかなりのイ
ンジウム成分を含む活性層が存在する窒素含有層構造を
有し、インジウム成分を含まない従来の基板又は半導体
物質上に製造することのできる窒素含有層構造を有する
デバイスを提供することにある。
線の形成又はキャリアの制御用に備えられたかなりのイ
ンジウム成分を含む活性層が存在する窒素含有層構造を
有し、インジウム成分を含まない従来の基板又は半導体
物質上に製造することのできる窒素含有層構造を有する
デバイスを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明の請
求項１に記載の特徴を有するデバイスにより解決され
る。
求項１に記載の特徴を有するデバイスにより解決され
る。
【０００６】
【実施例】本発明を実施例に基づき以下に詳述する。
【０００７】本発明によるデバイスは、例えばＭＯＳＦ
ＥＴ又はＨＥＭＴのチャネル内の放射線の形成又はキャ
リアの制御用に備えられた活性層を含む窒化物ヘテロ構
造を有している。この活性層はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体物質から成り、その成分中に周期系のＩＩＩ族の成分
は少なくとも２０％のインジウム原子分量を含んでい
る。周期系のＶ族の成分は窒素及び場合によっては例え
ば砒素のような他のＶ族の元素を含んでいる。活性層の
半導体物質は例えばＩｎxＧａ1-xＮ（ｘ≧０．２）の組
成を有する。このヘテロ構造には活性層と基板との間に
ＩＩＩ−Ｖ族半導体物質から成る別の層が存在し、その
ＩＩＩ族成分はインジウムをまたＶ族成分は窒素を含ん
でいる。この別の層は、必ずしも必要ではないが活性層
の組成と異なる組成を有していると有利であり、従来の
基板上又は半導体層上にインジウム成分なしで（例えば
ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ又はそれに類するもの）又
はインジウム成分をごく僅かにして成長させてもよい。
この別の層の組成はその後に成長させる１つ又は複数の
層を考慮して選択され、これらの後に成長させる各層が
成長の際に少なくとも活性層までほぼこの別の層の格子
定数をとるようにされる。従ってこの別の層は以後及び
請求項では緩衝層と呼ぶことにする。この緩衝層は活性
層の下に直接存在してもよく、従ってインジウムを含む
唯一のもう１つの層である。緩衝層と活性層との間にイ
ンジウムを含まない他の半導体物質があってもよいが、
しかしこの他の半導体物質層は緩衝層の格子定数がこの
場合も活性層の格子定数に規定されるような厚さにすべ
きである。
ＥＴ又はＨＥＭＴのチャネル内の放射線の形成又はキャ
リアの制御用に備えられた活性層を含む窒化物ヘテロ構
造を有している。この活性層はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体物質から成り、その成分中に周期系のＩＩＩ族の成分
は少なくとも２０％のインジウム原子分量を含んでい
る。周期系のＶ族の成分は窒素及び場合によっては例え
ば砒素のような他のＶ族の元素を含んでいる。活性層の
半導体物質は例えばＩｎxＧａ1-xＮ（ｘ≧０．２）の組
成を有する。このヘテロ構造には活性層と基板との間に
ＩＩＩ−Ｖ族半導体物質から成る別の層が存在し、その
ＩＩＩ族成分はインジウムをまたＶ族成分は窒素を含ん
でいる。この別の層は、必ずしも必要ではないが活性層
の組成と異なる組成を有していると有利であり、従来の
基板上又は半導体層上にインジウム成分なしで（例えば
ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ又はそれに類するもの）又
はインジウム成分をごく僅かにして成長させてもよい。
この別の層の組成はその後に成長させる１つ又は複数の
層を考慮して選択され、これらの後に成長させる各層が
成長の際に少なくとも活性層までほぼこの別の層の格子
定数をとるようにされる。従ってこの別の層は以後及び
請求項では緩衝層と呼ぶことにする。この緩衝層は活性
層の下に直接存在してもよく、従ってインジウムを含む
唯一のもう１つの層である。緩衝層と活性層との間にイ
ンジウムを含まない他の半導体物質があってもよいが、
しかしこの他の半導体物質層は緩衝層の格子定数がこの
場合も活性層の格子定数に規定されるような厚さにすべ
きである。
【０００８】緩衝層は、少なくとも製造プロセス中に調
整される高温でその上方の（即ち最後に成長させた）層
に緩和を来す（ｒｅｌａｘｅｄ）程度の厚さに少なくと
も成長させる。この意味でこの緩衝層はその組成に相応
する格子定数（その物質固有の格子定数）を有してい
る。窒化物ヘテロ構造はＩｎＮ又はインジウム分を含む
第３又は第４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体物質から成る
多重層又は組成を連続的に変化させた積層からも形成す
ることができる。ＩＩＩ族成分はこの積層の各層中に少
なくとも２０％のインジウム原子分量を含むことができ
る。インジウムのこの原子分量は、活性層の格子構造内
にデバイスの機能に悪影響を及ぼすような著しい転位又
は亀裂を生じることなく活性層が緩衝層の格子定数をと
ることができる程度（例えば最大で約２０％）まで変化
させると有利である。活性層及び緩衝層の他に別のイン
ジウム含有層又は種々の組成の層成分を有するこのよう
な層構造に適した半導体物質はＩｎＧａＡｌＮであり、
その際ＩＩＩ族（Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ）からの元素の分量
は適当な方法で固定可能である。ＩＩＩ族の成分の組成
とは異なる複数のこのようなＩｎＧａＡｌＮ層が存在し
てもよい。少なくともＩＩＩ族の成分のこの組成は１層
内で連続的に変化可能である。例えば砒素のようなＶ族
からの他の元素も半導体物質の混晶組成中に含まれてい
てもよい。
整される高温でその上方の（即ち最後に成長させた）層
に緩和を来す（ｒｅｌａｘｅｄ）程度の厚さに少なくと
も成長させる。この意味でこの緩衝層はその組成に相応
する格子定数（その物質固有の格子定数）を有してい
る。窒化物ヘテロ構造はＩｎＮ又はインジウム分を含む
第３又は第４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体物質から成る
多重層又は組成を連続的に変化させた積層からも形成す
ることができる。ＩＩＩ族成分はこの積層の各層中に少
なくとも２０％のインジウム原子分量を含むことができ
る。インジウムのこの原子分量は、活性層の格子構造内
にデバイスの機能に悪影響を及ぼすような著しい転位又
は亀裂を生じることなく活性層が緩衝層の格子定数をと
ることができる程度（例えば最大で約２０％）まで変化
させると有利である。活性層及び緩衝層の他に別のイン
ジウム含有層又は種々の組成の層成分を有するこのよう
な層構造に適した半導体物質はＩｎＧａＡｌＮであり、
その際ＩＩＩ族（Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ）からの元素の分量
は適当な方法で固定可能である。ＩＩＩ族の成分の組成
とは異なる複数のこのようなＩｎＧａＡｌＮ層が存在し
てもよい。少なくともＩＩＩ族の成分のこの組成は１層
内で連続的に変化可能である。例えば砒素のようなＶ族
からの他の元素も半導体物質の混晶組成中に含まれてい
てもよい。
【０００９】活性層とこれに隣接する層との間でエネル
ギーギャップにジョグが存在するが、これは例えば活性
層内のキャリアを閉込めるために望ましい。積層内のエ
ネルギーギャップの変化は例えば ａ）インジウム原子分量を部分的に若干変化させること
及び ｂ）半導体物質のＩＩＩ族成分の組成を変化させること
により可能である。これは例えばＩｎxＧａyＡｌ1-x-y
Ｎの組成を使用する場合に原子分量ｘ及びｙが層から層
へ又は１層内で連続的に変化することを意味する。これ
は積層内にブレーシングなしに組み立てることを可能に
する。ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＮはほぼ同じ格子定数を
有する。両方の物質組成中のインジウム分量を若干異な
って選択するようにして厳密に同じ格子定数に調整する
ことができる。エネルギーギャップを著しく変化させる
ことはガリウムとアルミニウムの原子分量の割合を変え
ることにより調整可能である。
ギーギャップにジョグが存在するが、これは例えば活性
層内のキャリアを閉込めるために望ましい。積層内のエ
ネルギーギャップの変化は例えば ａ）インジウム原子分量を部分的に若干変化させること
及び ｂ）半導体物質のＩＩＩ族成分の組成を変化させること
により可能である。これは例えばＩｎxＧａyＡｌ1-x-y
Ｎの組成を使用する場合に原子分量ｘ及びｙが層から層
へ又は１層内で連続的に変化することを意味する。これ
は積層内にブレーシングなしに組み立てることを可能に
する。ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＮはほぼ同じ格子定数を
有する。両方の物質組成中のインジウム分量を若干異な
って選択するようにして厳密に同じ格子定数に調整する
ことができる。エネルギーギャップを著しく変化させる
ことはガリウムとアルミニウムの原子分量の割合を変え
ることにより調整可能である。
【００１０】例えば６０％のインジウム原子分量が活性
層の半導体物質のＩＩＩ族成分中に望まれる場合、例え
ば窒化物ヘテロ構造の隣接する層内にＩＩＩ族成分に５
０％のインジウム原子分量を選択することができる。活
性層に遷移する場合だけ５０％のインジウム含有成分が
６０％に上昇する。このようにしてこの層の厚さにより
ＧａＮから６０％のインジウム分量を含有するＩｎＧａ
Ｎへ直接遷移する場合よりも転位は極めて僅かである。
この実施例では活性層は例えばＩｎ0.5Ｇａ0.5Ｎであ
り、活性層の上方及び下方で隣接する閉込め層はＩｎ
0.5Ｇａ0.5Ａｌ0.2Ｎである。
層の半導体物質のＩＩＩ族成分中に望まれる場合、例え
ば窒化物ヘテロ構造の隣接する層内にＩＩＩ族成分に５
０％のインジウム原子分量を選択することができる。活
性層に遷移する場合だけ５０％のインジウム含有成分が
６０％に上昇する。このようにしてこの層の厚さにより
ＧａＮから６０％のインジウム分量を含有するＩｎＧａ
Ｎへ直接遷移する場合よりも転位は極めて僅かである。
この実施例では活性層は例えばＩｎ0.5Ｇａ0.5Ｎであ
り、活性層の上方及び下方で隣接する閉込め層はＩｎ
0.5Ｇａ0.5Ａｌ0.2Ｎである。
【００１１】本発明によるデバイスでは窒化物ヘテロ構
造は、格子定数が既に緩衝層により固定され、比較的大
きな転位が緩衝層の下方の層部分内又は（例えばインジ
ウム含有半導体物質から成る類似の格子定数を有する他
の層がそこに存在する場合には）緩衝層の下だけに生じ
るように選択される。これは例えば緩衝層及び活性層の
組成を、室温での活性層の物質固有の格子定数が室温で
の緩衝層の物質固有の格子定数と最大で３％だけ異なる
ように選択することにより達成可能である。可能であり
特定のデバイスにとって有利な実施形態では、基板と活
性層との間で窒化物ヘテロ構造の任意のインジウム含有
層の物質固有の格子定数は、基板と活性層との間で窒化
物ヘテロ構造の任意の他のインジウム含有層の物質固有
の格子定数よりもそれぞれ室温で最大で３％だけ大き
い。このようにして個々の層の格子構造を極めて良好に
互いに適合させることができる。重大な転位はデバイス
の機能にとって重要な活性層と十分離れている層中だけ
に生じるに過ぎない。活性層中に特にインジウム含有量
を高度に必要とする本発明によるデバイスの場合には、
活性層及び場合によっては窒化物ヘテロ構造の全てのイ
ンジウム含有積層はＩＩＩ族成分中に少なくとも５０％
のインジウム原子分量を有する半導体物質から成る。こ
の場合にも活性層の格子定数と極めて異なる格子定数を
有する基板を使用することができる。このようにして窒
化物ヘテロ構造が基板（サファイア又はＳｉＣ）上に、
又は約２％以上窒化物ヘテロ構造の活性層の格子定数と
異なる格子定数を有する半導体層（ＧａＮ、ＡｌＧａ
Ｎ、ＡｌＮ）上に成長させたデバイスを製造することが
できる。従って本発明によるデバイスは従来の物質上に
活性層を含み、その混晶組成が比較的高いインジウム原
子分量を含む層構造を成長させることができる。
造は、格子定数が既に緩衝層により固定され、比較的大
きな転位が緩衝層の下方の層部分内又は（例えばインジ
ウム含有半導体物質から成る類似の格子定数を有する他
の層がそこに存在する場合には）緩衝層の下だけに生じ
るように選択される。これは例えば緩衝層及び活性層の
組成を、室温での活性層の物質固有の格子定数が室温で
の緩衝層の物質固有の格子定数と最大で３％だけ異なる
ように選択することにより達成可能である。可能であり
特定のデバイスにとって有利な実施形態では、基板と活
性層との間で窒化物ヘテロ構造の任意のインジウム含有
層の物質固有の格子定数は、基板と活性層との間で窒化
物ヘテロ構造の任意の他のインジウム含有層の物質固有
の格子定数よりもそれぞれ室温で最大で３％だけ大き
い。このようにして個々の層の格子構造を極めて良好に
互いに適合させることができる。重大な転位はデバイス
の機能にとって重要な活性層と十分離れている層中だけ
に生じるに過ぎない。活性層中に特にインジウム含有量
を高度に必要とする本発明によるデバイスの場合には、
活性層及び場合によっては窒化物ヘテロ構造の全てのイ
ンジウム含有積層はＩＩＩ族成分中に少なくとも５０％
のインジウム原子分量を有する半導体物質から成る。こ
の場合にも活性層の格子定数と極めて異なる格子定数を
有する基板を使用することができる。このようにして窒
化物ヘテロ構造が基板（サファイア又はＳｉＣ）上に、
又は約２％以上窒化物ヘテロ構造の活性層の格子定数と
異なる格子定数を有する半導体層（ＧａＮ、ＡｌＧａ
Ｎ、ＡｌＮ）上に成長させたデバイスを製造することが
できる。従って本発明によるデバイスは従来の物質上に
活性層を含み、その混晶組成が比較的高いインジウム原
子分量を含む層構造を成長させることができる。
Claims (7)
- 【請求項１】 基板及び窒化物ヘテロ構造を有するデバ
イスにおいて、 ａ）放射線の形成又はキャリアの制御のために備えられ
たＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体物質から成る活性層を有
し、 ｂ）この活性層中の周期系のＩＩＩ族の成分が少なくと
も２０％のインジウム原子分量を含みまた周期系のＶ族
の成分が窒素を含んでおり、 ｃ）この基板と活性層との間にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体物質から成る緩衝層を含んでおり、 ｄ）この緩衝層中の周期系のＩＩＩ族の成分がインジウ
ムを含み、また周期系のＶ族の成分が窒素を含んでお
り、 ｅ）活性層の半導体物質の組成が基板に面する側ではこ
の活性層に接している半導体の組成が異なるため、これ
らの半導体物質の界面にエネルギーギャップが生じ、 ｆ）活性層がエピタキシャル成長に典型的な温度で緩衝
層の格子定数に相応する格子定数を有することを特徴と
する窒素含有半導体物質のデバイス。 - 【請求項２】 活性層中の周期系のＩＩＩ族の成分が少
なくとも５０％のインジウム原子分量を含んでいること
を特徴とする請求項１記載のデバイス。 - 【請求項３】 窒化物ヘテロ構造が緩衝層及び活性層の
他に周期系のＩＩＩ族から成るその成分がインジウムを
含み、周期系のＶ族から成るその成分が窒素を含んでい
るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体物質から成る少なくとも別
の層を含んでいることを特徴とする請求項１又は２記載
のデバイス。 - 【請求項４】 基板と活性層との間の各インジウム含有
層の格子定数が基板と活性層との間の他の任意のインジ
ウム含有層の格子定数よりも最大で３％だけ大きいこと
を特徴とする請求項１乃至３の１つに記載のデバイス。 - 【請求項５】 基板又はその上に成長させた半導体層が
ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、サファイア及びＳｉＣか
ら成ることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の
デバイス。 - 【請求項６】 基板又は半導体層が少なくとも２％だけ
活性層の格子定数と異なる格子定数を有する物質から成
ることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載のデバ
イス。 - 【請求項７】 窒化物ヘテロ構造の各インジウム含有層
が組成ＩｎxＧａyＡｌ1-x-y（ｘ及びｙは可変及び０＜
ｘ≦１〜０＜ｙ≦１）のＩＩＩ族成分を有することを特
徴とする請求項１乃至６の１つに記載のデバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19613265.7 | 1996-04-02 | ||
| DE19613265A DE19613265C1 (de) | 1996-04-02 | 1996-04-02 | Bauelement in stickstoffhaltigem Halbleitermaterial |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1041230A true JPH1041230A (ja) | 1998-02-13 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9641197A Pending JPH1041230A (ja) | 1996-04-02 | 1997-03-31 | 窒素含有半導体物質のデバイス |
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|---|---|
| EP (1) | EP0800214A1 (ja) |
| JP (1) | JPH1041230A (ja) |
| KR (1) | KR970072478A (ja) |
| DE (1) | DE19613265C1 (ja) |
| TW (1) | TW334644B (ja) |
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- 1996-04-02 DE DE19613265A patent/DE19613265C1/de not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-03-14 EP EP97104416A patent/EP0800214A1/de not_active Withdrawn
- 1997-03-28 TW TW086104007A patent/TW334644B/zh not_active IP Right Cessation
- 1997-03-31 JP JP9641197A patent/JPH1041230A/ja active Pending
- 1997-03-31 KR KR1019970011529A patent/KR970072478A/ko not_active Application Discontinuation
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