RU2186447C2 - Полупроводниковый прибор - Google Patents
Полупроводниковый прибор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2186447C2 RU2186447C2 RU97119755/28A RU97119755A RU2186447C2 RU 2186447 C2 RU2186447 C2 RU 2186447C2 RU 97119755/28 A RU97119755/28 A RU 97119755/28A RU 97119755 A RU97119755 A RU 97119755A RU 2186447 C2 RU2186447 C2 RU 2186447C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sublayer
- semiconductor
- heteroepitaxial
- buffer
- semiconductor device
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 100
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 54
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 53
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 39
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims abstract description 21
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 18
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 9
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 5
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011029 spinel Substances 0.000 claims description 5
- -1 nitride compounds Chemical class 0.000 abstract description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 40
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 24
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 22
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 19
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 16
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 7
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 7
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 6
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 6
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 4
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 4
- WGPCGCOKHWGKJJ-UHFFFAOYSA-N sulfanylidenezinc Chemical compound [Zn]=S WGPCGCOKHWGKJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 4
- 230000014616 translation Effects 0.000 description 4
- 238000001534 heteroepitaxy Methods 0.000 description 3
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001157043 Syngonium Species 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- CFJRGWXELQQLSA-UHFFFAOYSA-N azanylidyneniobium Chemical compound [Nb]#N CFJRGWXELQQLSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052950 sphalerite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910017083 AlN Inorganic materials 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910020068 MgAl Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- FFBGYFUYJVKRNV-UHFFFAOYSA-N boranylidynephosphane Chemical compound P#B FFBGYFUYJVKRNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/16—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
- H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S2301/00—Functional characteristics
- H01S2301/17—Semiconductor lasers comprising special layers
- H01S2301/173—The laser chip comprising special buffer layers, e.g. dislocation prevention or reduction
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
- H01S5/0213—Sapphire, quartz or diamond based substrates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/3202—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures grown on specifically orientated substrates, or using orientation dependent growth
- H01S5/32025—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures grown on specifically orientated substrates, or using orientation dependent growth non-polar orientation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
Использование: в полупроводниковых приборах, у которых активная область сформирована из гетероэпитаксиальных пленок, выполненных из широкозонных нитридных соединений типа АIIIBV. Сущность изобретения: полупроводниковый прибор включает монокристаллическую сапфировую подложку с ориентацией рабочей поверхности, содержащей направление 
на которой расположена гетероэпитаксиальная слоистая структура, состоящая из, по меньшей мере, одного буферного подслоя и одной полупроводниковой пленки, выполненной из соединения Ga1-xAlxN, где 0≤х≤1, и электроды, буферный подслой выполнен из материала, кристаллическая структура которого относится к кубической сингонии с параметром элементарной кубической ячейки "а", выбранным из условия 
где n - числа 3, 4, 6, 8 10, при этом поверхность подслоя содержит направление <112>, параллельное направлению 
поверхности подложки. 4 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к твердотельной электронике, а именно к полупроводниковым приборам, используемым для выпрямления, усиления, генерирования или переключения электромагнитных колебаний, способным работать при повышенных уровнях мощности и температуре, а также для приема и генерирования видимого и ультрафиолетового диапазона длин волн.
Известны полупроводниковые приборы, например диоды, транзисторы, фотоприемники, светодиоды, гетеролазеры, включающие монокристаллическую подложку, активную область из осажденных на подложку гетероэпитаксиальных полупроводниковых пленок, внутри или на поверхностях которых происходят физические эффекты, необходимые для действия прибора, и электроды [1].
В последние годы интенсивно исследуются и разрабатываются полупроводниковые приборы, у которых активная область сформирована из гетероэпитаксиальных пленок, выполненных из полупроводниковых широкозонных материалов соединений типа АIIIBV, а именно нитридов галлия, алюминия и твердых растворов на их основе: Ga1-xA1xN, Ga1-xInxN. Полупроводниковые нитридные соединения типа AIIIBV благодаря большой ширине запрещенной гоны (от 2,5 эВ до 6,2 эВ при 300К), хорошей теплопроводности, термической и химической стойкости являются в настоящее время базовыми материалами для создания различного типа полупроводниковых приборов высокотемпературной и высокомощной твердотельной электроники, а также гетеролазеров, светодиодов и фотоприемников видимого и ультрафиолетового диапазона длин волн [2].
Одной из основных проблем создания полупроводниковых приборов на основе гетероэпитаксиальных пленок нитридных соединений типа АIIIBV является плохая воспроизводимость рабочих параметров, быстрая их деградация из-за большой концентрации дефектов кристаллической структуры пленок, формирующих активную область. Большая концентрация дефектов в этих пленках обусловлена большим рассогласованием параметров кристаллических решеток сопрягаемых плоскостей подложки и полупроводниковой пленки. У используемых в настоящее время монокристаллических подложек для выращивания гетероэпитаксиальных пленок (0001) GaN рассогласование составляет: для (0001) Аl2O3 16%, для (111) MgAl2O4 9,5%, для (0001) SiC 3,5%. Для уменьшения рассогласования при выращивании на (0001) Al2O3 используется гетероэпитаксиальный буферный подслой, который располагается между рабочей поверхностью подложки и полупроводниковой пленкой. Этот гетероэпитаксиальный буферный подслой изготавливается из материалов с кристаллической структурой типа вюртцита: ZnO, GaN, AlN.
Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является полупроводниковый прибор [3]. Он включает монокристаллическую сапфировую подложку с ориентацией рабочей поверхности (0001), расположенную на ней гетероэпитаксиальную слоистую структуру из: а) буферного подслоя оксида цинка, толщиной 500 
предназначенного для уменьшения величины рассогласования кристаллических решеток в плоскостях (0001) подложки и гетероэпитаксиальных полупроводниковых пленок из нитридных соединений АIIIBV, которые составляют активную область этого полупроводникового прибора - светодиода; б) n-эмиттерной пленки из GaN, легированного кремнием, обладающей n-типом проводимости, толщина пленки 3 мкм, в) тонкой (толщиной 20 
) активной пленки из нелегированного твердого раствора In0, 05Ga0, 95N, г) р-эмиттерной пленки из GaN, легированного магнием, обладающей р-типом проводимости, толщиной 1 мкм. На части поверхности эмиттерных слоев напылены омические контакты из Ti/Al для n-типа GaN и Ni/Au для р-типа GaN. При пропускании тока в прямом направлении потоки неравновесных носителей заряда инжектируются из n- и р-эмиттерных пленок в тонкий активный нелегированный слой In0, 05Ga0, 95N, где благодаря излучательной рекомбинации дырок и электронов происходит генерация излучения.
Недостатком этого полупроводникового прибора являются плохая воспроизводимость рабочих параметров, быстрая деградация характеристик из-за большой концентрации дефектов кристаллической структуры гетероэпитаксиальных полупроводниковых пленок, формирующих активную область светодиода. Гетероэпитаксиальный буферный подслой изготовлен из ZnO, материала той же кристаллической структуры типа вюртцита, что и материалы полупроводниковых пленок GaN и In0, 05Ga0, 95N, из которых сформирована активная область излучателя. Рассогласование параметров плоских гексагональных сеток соприкасающихся плоскостей (0001) ZnO и (0001) GaN действительно мало: 2,3%. Но, к сожалению, рассогласование параметров соприкасающихся плоскостей (0001) ZnO и (0001) Al2O3 составляет 14%. Такое большое рассогласование при гетероэпитаксии на поверхности (0001) Al2O3 материалов гексагональной сингонии, относящихся к структурному типу вюртцита, связано с тем, что сопрягающиеся плоскости (0001) Al2O3 и (0001) вюртцита развернуты друг относительно друга на 30o вокруг направления [0001]. Причина этого разворота заключена в том, что в плоскости (0001) Al2O3 направлением наиплотнейшей упаковки атомов одного типа являются направления 
а в плоскости (0001) вюртцита такими направлениями являются 
Согласно критерию о взаимной параллельности плотноупакованных атомами одного сорта направлений в сопрягающихся плоскостях при гетероэпитаксии направление 
Аl2O3 параллельно 
вюртцита. Период трансляции вдоль 
Al2O3 равен 2,747 
а у 
ZnO - 3,25 
поэтому и большое рассогласование.
Из-за большого рассогласования гетероэпитаксиальная буферная пленка (0001) ZnO может расти на (0001) Аl2O3 только по "островковому" (трехмерному) механизму роста. А такой механизм роста, как известно, позволяет получать только пленки со структурой "мозаичного" монокристалла, состоящего из отдельных зерен с большим количеством межзеренных границ и высокой концентрацией структурных дефектов. Естественно, что выращенные на такой буферной пленке полупроводниковые тонкие слои также имеют структуру "мозаичного" монокристалла с большим количеством межзеренных границ и высокой концентрацией дефектов.
Так как соприкасающиеся плоскости (0001) Al2O3 и (0001) вюртцита развернуты друг относительно друга на 30o вокруг направления [0001], то плоскости естественного скола 
Al2O3 и 
вюртцита также развернуты вокруг направления [0001] на тот же угол 30o. Это создает большие технологические трудности при изготовлении конкретного типа полупроводникового прибора - лазера на основе гетероструктур из нитридных соединений типа АIIIBV, так как гетеролазер содержит резонатор Фабри-Перо, образованный зеркалами из плоскостей естественного скола полупроводниковых пленок, формирующих активную зону излучателя.
Задачей изобретения является создание полупроводникового прибора с повышенной воспроизводимостью рабочих характеристик и увеличенным сроком службы.
Технический результат достигается тем, что у полупроводникового прибора, включающего монокристаллическую сапфировую подложку, с ориентацией рабочей поверхности, содержащей направление 
на которой расположена гетероэпитаксиальная слоистая структура, состоящая из, по меньшей мере, одного буферного подслоя и одной полупроводниковой пленки, выполненной из соединения Ga1-xAlxN, где (0≤x≤l), и электроды, буферный подслой выполнен из материала, кристаллическая структура которого относится к кубической сингонии с параметром элементарной кубической ячейки "а", выбранным из условия
где n - числа 3, 4, 6, 8, 10, при этом поверхность подслоя содержит направление <112>, параллельное направлению <1100> поверхности подложки.
где n - числа 3, 4, 6, 8, 10, при этом поверхность подслоя содержит направление <112>, параллельное направлению <1100> поверхности подложки.
Подслой может быть выполнен из материала с кристаллической структурой типа α-Fe, с параметром элементарной ячейки "а" в диапазоне от 3,15 до 3,60 
Между буферным подслоем и полупроводниковой пленкой может быть расположен второй гетероэпитаксиальный буферный подслой, выполненный из материала с кристаллической структурой типа NaCl, с параметром элементарной ячейки "а" в диапазоне от 4,20 до 4,80
Подслой может быть выполнен из материала с кристаллической структурой типа шпинели, с параметром элементарной ячейки "а" в диапазоне от 8,40 до 9,60
По меньшей мере, один буферный подслой может быть выполнен из проводящего материала и выполнять функции электрода.
Между буферным подслоем и полупроводниковой пленкой может быть расположен второй гетероэпитаксиальный буферный подслой, выполненный из материала с кристаллической структурой типа NaCl, с параметром элементарной ячейки "а" в диапазоне от 4,20 до 4,80
Подслой может быть выполнен из материала с кристаллической структурой типа шпинели, с параметром элементарной ячейки "а" в диапазоне от 8,40 до 9,60
По меньшей мере, один буферный подслой может быть выполнен из проводящего материала и выполнять функции электрода.
Достижение технического результата основано на следующих соображениях.
Как известно, для нитридов галлия и алюминия характерен политипизм. Они могут кристаллизоваться как в гексагональной, так и в кубической модификации. Гексагональная структура GaN и A1N имеет структуру типа вюртцита, а кубическая модификация этих материалов - структуру типа цинковой обманки. У этих типов структур элементарные ячейки отличаются лишь последовательностью плотноупакованных плоскостей, и параметры решетки гексагональной элементарной ячейки с большой точностью связаны с параметром их политипной элементарной кубической ячейки для одного и того же соединения соотношением 
. Так как плотноупакованные плоскости (0001) и (111) политипов одного и того же соединения имеют одинаковую симметрию и параметры плоской сетки, то мы остановимся только на случае, когда на гетероэпитаксиальный буферный подслой кубической структуры осаждена гетероэпитаксиальная пленка, например, со структурой типа вюртцита.
Как мы уже отмечали выше, большое рассогласование параметров сопрягающихся плоскостей (0001) Al2O3 и (0001) вюртцита, например (0001) GaN, обусловлено их разворотом вокруг [0001] на 30o. Мы обратили внимание на тот факт, что, если устранить причину разворота этих плоскостей на 30o, то рассогласование станет значительно меньшим. Действительно, длина двух трансляций вдоль 
Al2O3 равна 2•2,747 = 5,494 
и практически (с точностью до 0,5%) совпадает с длиной трансляции вдоль 
GaN, равной 5,52 
а длина двух трансляций вдоль 
Al2O3, равная 2•4,76 = 9,52 
также практически (с точностью до 0,5%) равна длине трех трансляций вдоль 
GaN, 3,189•3 = 9,56 
Для устранения разворота мы предлагаем использовать буферный (промежуточный) подслой (или несколько подслоев) из такого материала кубической сингонии, который при гетероэпитаксии на (0001) Al2O3 имеет ориентацию поверхности {111}, и при этом расположенное в этой поверхности {111} направление типа <112> параллельно направлению типа
Аl2О3, лежащему в плоскости (0001) Al2O3. При дальнейшем гетероэпитаксиальном наращивании материала со структурой вюртцита на поверхности {111} материала кубической сингонии выполняются следующие ориентационные соотношения: параллельны а) плоскости {111} кубической решетки и (0001) вюртцита и б) направления <112> кубической решетки и 
вюртцита, а также направления <110> кубической решетки и 
вюртцита. То есть если использовать в качестве материала буферного подслоя некоторые материалы кубической сингонии, то можно получить следующие ориентационные соотношения:
(0001) Аl2O3//{111}куб//(0001)вюртцита
В этом случае практически отсутствует рассогласование параметров поверхностей сапфировой подложки и полупроводниковой пленки.
Для устранения разворота мы предлагаем использовать буферный (промежуточный) подслой (или несколько подслоев) из такого материала кубической сингонии, который при гетероэпитаксии на (0001) Al2O3 имеет ориентацию поверхности {111}, и при этом расположенное в этой поверхности {111} направление типа <112> параллельно направлению типа
(0001) Аl2O3//{111}куб//(0001)вюртцита
В этом случае практически отсутствует рассогласование параметров поверхностей сапфировой подложки и полупроводниковой пленки.
Кроме того, оказываются параллельными плоскости 
Аl2O3 и 
вюртцита, т. е. оказываются параллельными плоскости естественного скола сапфировой подложки и полупроводниковых пленок со структурой вюртцита, формирующих активную область конкретного полупроводникового прибора - гетеролазера. Это очень важно для изготовления лазеров.
Поэтому если изготовить буферный подслой, согласно данному изобретению, из материала с кристаллической структурой, относящейся к кубической сингонии, с параметром элементарной ячейки "а", при котором длина трансляции вдоль направлений <112> в этой ячейке будет очень близка к значениям, кратным длинам трансляций вдоль направлений 
в подложке и полупроводниковой пленке, то можно добиться практически полного согласования параметров плоских сеток соприкасающихся плоскостей, например (0001) Al2O3 и {111} буферного подслоя, с одной стороны, и { 111} буферного подслоя и (0001) пленки со структурой вюртцита, например, GaN, с другой стороны.
Тогда параметр элементарной кубической ячейки материала буферного подслоя "а" можно определить из соотношения
где 2,747
- период трансляции вдоль 
Аl2O3, а n - целое число, отсюда
Так как значения параметров элементарных гексагональных ячеек нитридов Ga и А1, а также используемых при создании полупроводниковых приборов твердых растворов нитридов металлов Ga, In и А1 находятся в диапазоне от 3,11 до 3,25
и, практически, отсутствуют материалы с параметром элементарной кубической ячейки "а", меньшим 2,5 
и большим 13 
то, согласно изобретению, целесообразно использовать в качестве материала буферного подслоя материал кубической сингонии с параметром элементарной кубической ячейки "а", численное значение которого находится в пределах от а=1,05.n 
до 1,20.n
где n - числа 3, 4, 6, 8, 10. При значениях n, равных числам 5, 7, 9, у поверхности (111) буферного подслоя величины трансляций вдоль направлений <112> и <110> не кратны величинам трансляций вдоль соответствующих направлений 
и 
полупроводниковой пленки. Эти значения не позволяют достигнуть желаемого результата.
где 2,747
Так как значения параметров элементарных гексагональных ячеек нитридов Ga и А1, а также используемых при создании полупроводниковых приборов твердых растворов нитридов металлов Ga, In и А1 находятся в диапазоне от 3,11 до 3,25
В таблице (см. в конце описания) приведены пределы численных значений (в Ангстремах) параметра элементарной кубической ячейки "а" при различных значениях "n" для материалов кубической сингонии, рекомендуемых, согласно данного изобретения, в качестве материала буферного подслоя.
Отметим, что и в случае осаждения гетероэпитаксиальной полупроводниковой пленки с политипной структурой типа цинковой обманки, материал гетероэпитаксиального буферного подслоя, согласно данному изобретению, также выбирается из указанных выше условий.
Таким образом, выполнение, согласно данному изобретению, гетероапитаксиального буферного подслоя из материала с кристаллической структурой, относящейся к кубической сингонии и параметром элементарной кубической ячейки "а", выбранным из условия
где n - числа 3, 4, 6, 8, 10, при этом поверхность подслоя должна содержать кристаллографическое направление типа <112>, которое параллельно направлению <1100>, расположенному в плоскости поверхности сапфировой подложки, позволяет:
1. Достигнуть практически полного согласования параметров плоских сеток сопрягающихся плоскостей, например (0001) подложки и {111} буферного подслоя, с одной стороны, и {111} буферного подслоя и (0001) полупроводниковой пленки со структурой вюртцита, например, GaN, или {111} для той же пленки, но с политипной структурой цинковой обманки, с другой стороны. Это позволяет создать условия для "послойного" (двухмерного) механизма роста гетероэпитаксиальной буферной пленки на подложке, а затем и такого же механизма роста полупроводниковой пленки на поверхности буферного подслоя и, таким образом, значительно повысить структурное совершенство гетероэпитаксиальных полупроводниковых пленок соединения типа Ga1-xAlxN, где 0≤x≤l, из которых формируется активная область полупроводникового прибора, а следовательно, значительно улучшить воспроизводимость его рабочих характеристик и увеличить срок его службы.
где n - числа 3, 4, 6, 8, 10, при этом поверхность подслоя должна содержать кристаллографическое направление типа <112>, которое параллельно направлению <1100>, расположенному в плоскости поверхности сапфировой подложки, позволяет:
1. Достигнуть практически полного согласования параметров плоских сеток сопрягающихся плоскостей, например (0001) подложки и {111} буферного подслоя, с одной стороны, и {111} буферного подслоя и (0001) полупроводниковой пленки со структурой вюртцита, например, GaN, или {111} для той же пленки, но с политипной структурой цинковой обманки, с другой стороны. Это позволяет создать условия для "послойного" (двухмерного) механизма роста гетероэпитаксиальной буферной пленки на подложке, а затем и такого же механизма роста полупроводниковой пленки на поверхности буферного подслоя и, таким образом, значительно повысить структурное совершенство гетероэпитаксиальных полупроводниковых пленок соединения типа Ga1-xAlxN, где 0≤x≤l, из которых формируется активная область полупроводникового прибора, а следовательно, значительно улучшить воспроизводимость его рабочих характеристик и увеличить срок его службы.
2. Устранить 30o разворот плоскостей естественного скола 
сапфировой подложки и полупроводниковой пленки со структурой вюртцита. Это важно для технологии изготовления конкретного полупроводникового прибора - гетеролазера, так как он содержит резонатор Фабри-Перо, образованный зеркалами из плоскостей естественного скола гетероэпитаксиальных полупроводниковых пленок.
Гетероэпитаксиальный буферный подслой может быть выполнен из материала кубической сингонии с кристаллическими решетками различного типа, такими как, например, α-Fe, NaCl, сфалерита, перовскита, шпинели, граната. Материалом буферного подслоя могут быть диэлектрики, такие, например, как ВаСеО3, MgО, In2CdO4 или Na2MoO4, электропроводящие материалы, такие как, например, нитриды и карбиды ниобия, гафния, скандия, титана, твердые растворы на их основе, а также металлы: ниобий, тантал.
Буферный подслой, выполненный из проводящего материала, может дополнительно выполнять функции одного из электродов полупроводникового прибора.
Гетероэпитаксиальная слоистая структура может содержать не один, а несколько буферных подслоев. Например, буферные подслои из ниобия и его нитрида, или один подслой из того же ниобия, а другой подслой из нитрида гафния.
Монокристаллическая сапфировая подложка может иметь ориентацию рабочей поверхности не только (0001), но и другую ориентацию, которая содержит направление типа 
Это поверхности, повернутые от базовой поверхности (0001) вокруг направления 
на некоторый угол, значения которого находятся в диапазоне от 0o до 90o. Это поверхности типа 
где 1 - действительное число. Примерами таких поверхностей сапфира являются плоскости типа 
на которых, как и на базовой плоскости (0001) Аl2О3, могут быть выращены гетероэпитаксиальный буферный подслой из материала кубической сингонии с ориентацией поверхности {111} и гетероэпитаксиальные полупроводниковые пленки из соединения Ga1-xAlxN со структурой вюртцита, ориентации (0001), и/или их политипы со структурой цинковой обманки, ориентации {111}.
Для изготовления полупроводниковых приборов, например, таких как гетеролазеры, светодиоды, полевые транзисторы, у которых активная область представляет собой многослойную полупроводниковую гетероструктуру с "квантовыми точками", "квантовыми нитями", могут использоваться подложки с несингулярными (низкосимметричными), в частности "вицинальными", рабочими поверхностями. Такие поверхности не являются атомно-гладкими и могут быть представлены в виде ступенчатой поверхности, ограненной плоскостями с малыми миллеровскими индексами. На таких поверхностях, при определенных условиях, в результате самоорганизующегося процесса роста возможно получение "квантовых точек" и "квантовых нитей". Согласно данному изобретению могут быть использованы сапфировые подложки и с рабочей несингулярной поверхностью, содержащей направление 
которая также принадлежит к семейству 
Поверхность буферного подслоя, выращенного на такой рабочей поверхности сапфировой подложки, также несингулярная плоскость. Она принадлежит к семейству плоскостей, содержащих направление типа <112>. При этом направление <112>, расположенное в поверхности подслоя, параллельно
рабочей поверхности подложки. А поверхность полупроводниковых пленок, осажденных на несингулярную поверхность подслоя, принадлежат к семейству 
и их направление типа 
параллельно <112> поверхности подслоя.
Поверхность буферного подслоя, выращенного на такой рабочей поверхности сапфировой подложки, также несингулярная плоскость. Она принадлежит к семейству плоскостей, содержащих направление типа <112>. При этом направление <112>, расположенное в поверхности подслоя, параллельно
Пример 1 выполнения конкретного полупроводникового прибора - гетеролазера с длиной волны генерируемого излучения 0,4 мкм, структура которого представлена на фиг.1. Согласно изобретению полупроводниковый лазер содержит: 1 - сапфировую подложку с ориентацией рабочей поверхности (0001), содержащей направление 
расположенную на ней гетероэпитаксиальную слоистую структуру из: 2 - буферного подслоя, толщиной 500 
который, согласно изобретению, выполнен из ниобия, материала кубической сингонии, с кристаллической структурой типа α-Fe, с параметром элементарной ячейки а=3,30 
, находящимся в диапазоне от 3,15 до 3,60 
, при n=3, ориентации (111), при этом лежащее в поверхности {111} Nb направление <112> параллельно направлению 
рабочей поверхности подложки, 3 -полупроводниковой пленки нитрида галлия, толщиной 3 мкм, n-типа проводимости, легированной кремнием, 4 - полупроводниковой пленки In0, 05Ga0, 95N, толщиной 0,1 мкм, n-типа проводимости, легированной кремнием, 5 - полупроводниковой пленки Al0, 08Ga0,92, толщиной 0,5 мкм, n-типа проводимости, легированной кремнием, 6 - полупроводниковая пленка GaN, толщиной 0,1 мкм, n-типа проводимости, легированная Si, 7 - активная область лазера, представляющая собой гетероструктуру из In0, 15Ga0, 85N - In0, 02Ga0, 98N с тремя "квантовыми ямами". Эта гетероструктура содержит три пленки из In0, 15Ga0, 85N, легированного Si, толщиной 35 
каждая, которые являются квантовыми ямами. Между этими пленками расположены две более широкозонные пленки из In0, 02Ga0,98, легированного Si, каждая толщиной в 70 
8 - полупроводниковая пленка из Аl0, 2Gа0, 8N, легированного Mg, р-типа проводимости, толщиной 200 
9 - полупроводниковая пленка из GaN, легированного Mg, толщиной 0,1 мкм, 10 - полупроводниковая пленка из Al0, 08Ga0, 92N, легированного Mg, р-типа проводимости, толщиной 0,5 мкм, 11 - полупроводниковая пленка из GaN, легированного магнием, р-типа проводимости, толщиной 0,3 мкм. Позицией 12 обозначен электрод из Ni/Au для получения омического контакта к GaN р-типа проводимости, 13 - электрод Ti/Al для получения омического контакта к GaN n-типа проводимости.
Пленка 6 из n-GaN, толщиной 0,1 мкм, и пленка 9 из p-GaN такой же толщины являются оптическими волноводами. Пленки 5 и 10 из Al0, 08Ga0, 92N n- и р-типа проводимости соответственно являются эмиттерными слоями. При приложении постоянного электрического напряжения к электродам 12 и 13 в прямом направлении из эмиттерных пленок 5 и 10 в активную область лазера 7 инжектируются неравновесные носители заряда, при излучательной рекомбинации которых генерируется излучение синего света.
Гетеролазер содержит резонатор Фабри-Перо (на фигуре не показан), образованный зеркалами из плоскостей естественного скола гетероэпитаксиальных полупроводниковых пленок. Эти зеркала покрыты четвертьволновыми диэлектрическими слоями из ТiO2-SiO2.
Гетероэпитаксиальные полупроводниковые пленки 3, 4 и 11 (см. фиг. 1) являются вспомогательными. Они служат для обеспечения большей однородности плотностей тока, снижения внутренних механических напряжений, уменьшения дефектов и других центров рекомбинации непосредственно на границах гетеропереходов активной области лазера.
Пример 2. Полупроводниковый прибор - гетеролазер по примеру 1, но между 2 - буферным подслоем из ниобия, и 3 - полупроводниковой пленкой из GaN, расположен дополнительно второй буферный подслой толщиной 1000 
из нитрида ниобия, материла с кристаллической структурой типа NaCl, с параметром элементарной ячейки а=4,40 
находящимся в пределах от 4,20 до 4,80 
ориентации {111}, при этом лежащее в плоскости {111} NbN направление <112> параллельно направлений 
поверхности подложки.
Пример 3. Полупроводниковый прибор - гетеролазер по примеру 1, но между 2 - буферным подслоем из ниобия, и 3 - полупроводниковой пленкой из GaN, расположен дополнительно второй буферный подслой толщиной 1000 
из нитрида гафния, материала с кристаллической структурой типа NaCl, с параметром элементарной ячейки а= 4,50 
находящимся в пределах от 4,20 до 4,80 
ориентации { 111}, при этом лежащее в плоскости {111} HfN направление <112> параллельно направлению <1100> поверхности подложки.
Пример 4. Полупроводниковый прибор - гетеролазер по примеру 1, но подложка 1 имеет ориентацию рабочей
поверхности
содержащую направление 
и 2 - буферный подслой, толщиной 1000 
выполнен из нитрида ниобия, материала с кристаллической структурой типа NaCl, с параметром элементарной ячейки а=4,40 
находящимся в пределах от 4,20 до 4,80 
ориентации {111}, при этом лежащее в плоскости {111} HfN направление <112> параллельно направлению 
расположенному в рабочей поверхности подложки.
поверхности
Пример 5. Полупроводниковый прибор - гетеролазер по примеру 1, но сапфировая подложка 1 имеет в качестве рабочей поверхности несингулярную "вицинальную" поверхность ориентации 
содержащую направление 
поверхность буферного подслоя из ниобия 2 также представляет собой несингулярную плоскость, содержащую направление <112>, параллельное 
поверхности подложки, и поверхности полупроводниковых пленок 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 и 11 (фиг.1) также являются несингулярными плоскостями из семейства 
у которых расположенные в них 
параллельны <112> поверхности буферного подслоя, и 7 - активная область лазера представляет собой гетероструктуру из In0, 15Ga0, 85N - In0, 02Ga0, 98N с "квантовыми точками".
Пример 6. Полупроводниковый прибор - гетеролазер по примеру 1, но буферный подслой изготовлен, согласно изобретению, из фосфида бора, материала с кристаллической структурой типа сфалерита и параметром элементарной ячейки а= 4,53 
который находится в пределах от 4,20 до 4,80 
Толщина буферной пленки 500 
ориентация (111), и лежащее в поверхности {111} направление <112> параллельно направлению 
расположенному в рабочей поверхности сапфировой подложки.
Пример 7. Полупроводниковый прибор - гетеролазер по примеру 1, но буферный подслой выполнен, согласно изобретению, из In2Cd04, материала с кристаллической структурой типа шпинели и параметром элементарной ячейки а=9,11 
находящимся в пределах от 8,40 до 9,6 
Толщина буферного подслоя 800 
ориентация { 111} , и расположенное в {111} поверхности подслоя направление <112> параллельно направлению 
рабочей поверхности подложки.
Пример 8. Полупроводниковый прибор - гетеролазер по примеру 1, но буферная пленка выполнена, согласно изобретению, из твердого раствора In0, 7Gа0, 3СdO4, материала с кристаллической структурой типа шпинели, с параметром элементарной ячейки а=8,98 
находящимся в пределах от 8,40 
до 9,6 
Толщина буферного подслоя 800 
ориентация {111}, и расположенное в {111} поверхности подслоя направление <112> параллельно направлению 
рабочей поверхности подложки.
Пример 9. Полупроводниковый прибор - светодиод, содержащий монокристаллическую сапфировую подложку с ориентацией рабочей поверхности (0001), содержащей направление 
на которой размещена гетероэпитаксиальная слоистая структура из двух буферных подслоев: одного, выполненного из тантала, материала с кристаллической структурой α-Fe и параметром решетки а= 3,30 
ориентации {111}, и расположенное в {111} Та направление <112> параллельно направлению 
лежащему в рабочей поверхности подложки, и второго подслоя, выполненного из ТаС, материала с кристаллической структурой типа NaCl и параметром элементарной ячейки а=4,45 
находящимся в пределах от 4,20 до 4,80 
толщина подслоя 800 
ориентация поверхности буферного подслоя { 111} , и лежащее в этой поверхности направление <112> параллельно направлению 
рабочей поверхности подложки; полупроводниковой пленки A1N толщиной 1 мкм, полупроводниковой пленки GaN, легированного Si, n-типа проводимости, толщиной 2 мкм; полупроводниковой пленки из нелегированного In0, 45Ga0, 55N, толщиной 30 
, полупроводниковой пленки Al0, 2Ga0, 8N, легированного Mg, р-типа проводимости, толщиной 0,1 мкм, полупроводниковой пленки GaN, легированного Mg, р-типа проводимости, толщиной 0,5 мкм, и электроды из Ni/Au на части поверхности пленки GaN, р-типа проводимости, и Ti/Al на части поверхности пленки GaN, n-типа проводимости.
Активная область светодиода содержит трехслойную (двойную) гетероструктуру с одной квантовой ямой из тонкой, 30 
пленки In0 45Ga0, 55N, заключенной между широкозонными слоями: пленкой GaN n-типа, толщиной 1 мкм, и пленкой Al0, 2Ga0, 8N, р-типа, толщиной 0,1 мкм.
При приложении электрического напряжения к электродам в прямом направлении в активной области светодиода генерируется зеленый свет (0,5-0,55 мкм).
Пример 10. Полупроводниковый прибор - светодиод по примеру 9, но гетероэпитаксиальная структура содержит один барьерный подслой, изготовленный, согласно изобретению, из Sm2О3, материала с кристаллической структурой типа Tl2О3, с параметром элементарной ячейки а=10,93 
находящимся в пределах от 10,50 до 12,00 
Толщина подслоя 800 
ориентация поверхности буферного подслоя { 111} , и лежащее в этой поверхности направление <112> параллельно направлений 
рабочей поверхности подложки.
Пример 11. Полупроводниковый прибор - светодиод по примеру 10, но барьерный подслой изготовлен, согласно изобретению, из Y3Al5O12, материала с кристаллической структурой граната, с параметром элементарной ячейки а=12,00 
Величина параметра ячейки а=12,00 
находится на верхнем пределе допустимых согласно изобретению значений при n=10. Ориентация поверхности подслоя { 111}, лежащее в этой поверхности направление <112> параллельно направлению 
рабочей поверхности подложки.
Пример 12. Полупроводниковый прибор-фотодиод ультрафиолетового диапазона длин волн. Структура фотодиода представлена на фиг.2. Фотодиод содержит 1 - монокристаллическую сапфировую подложку с ориентацией рабочей поверхности (0001), содержащей направление <1100>, на которой размещена гетероэпитаксиальная слоистая структура из: 2 - барьерного подслоя, выполненного, согласно изобретению, из ниобия, материала с кристаллической структурой α-Fe и параметром решетки а=3,30 
толщиной 0,5 мкм, ориентации поверхности {111}, лежащее в этой плоскости {111} Nb направление <112> параллельно направлению 
рабочей поверхности подложки, 3 - второго барьерного подслоя, расположенного на части поверхности подслоя 2, выполненного, согласно изобретению, из нитрида титана, материала с кристаллической структурой типа NaCl, с параметром решетки а=4,23 
величина параметра "а" находится на нижнем пределе допустимых значений "а" при n=4, толщиной 0,2 мкм, ориентация поверхности подслоя {111}, лежащее в {111} TiN направление <112> параллельно направлению 
расположенному в рабочей поверхности подложки; 4 - полупроводниковой пленки GaN, n-типа проводимости, толщиной 0,1 мкм, 5 - полупроводниковой пленки GaN, p-типа проводимости, толщиной 0,1 мкм. На части поверхности пленки GaN, р-типа проводимости 5, сформирован 6 - омический контакт из Ni/Au. Барьерный подслой 2 из электропроводящего материала - ниобия - дополнительно выполняет функцию одного из электродов фотодиода, 7 - алюминиевый контакт к подслою из ниобия.
Пример 13. Полупроводниковый прибор - полевой транзистор. Структура полевого транзистора представлена на фиг.3. Он содержит 1 - монокристаллическую сапфировую подложку с ориентацией рабочей поверхности (0001), включающей направление 
На этой поверхности расположена гетероэпитаксиальная слоистая структура из 2 - буферного подслоя, толщиной 500 
выполненного, согласно изобретению, из ниобия, материала с кристаллической структурой α-Fe и параметром решетки а=3,30 
находящимся в диапазоне от 3,15 до 3,60 
ориентации {111}, в поверхности {111} Nb лежит направление <112>, параллельное 
расположенному в рабочей поверхности подложки, 3 - полупроводниковая пленка из GaN, легированного Si до концентрации n=1017 см-3, с подвижностью электронов м=350 см2. в-1. с-1. Толщина пленки GaN 0,6 мкм. На частях поверхности полупроводниковой пленки GaN - 3 нанесены пленки из Ti, толщиной 25 
и Аu, толщиной 1500 
из которых сформированы два омических контакта - два электрода: 4 - исток и 6 - сток. Между 4 - истоком и 6 - стоком на части поверхности полупроводниковой пленки 3 расположен третий электрод 5 - затвор. Этот затвор 5 представляет собой барьер Шоттки, который сформирован из пленки серебра.
Пример 14. Полупроводниковый прибор - транзистор с высокой подвижностью электронов. Структура транзистора представлена на фиг.4. Он содержит сапфировую подложку 1 с ориентацией рабочей поверхности (0001), содержащей направление 
на которой расположена гетероэпитаксиальная слоистая структура из: 2 - буферного подслоя, толщиной 400 
выполненного, согласно изобретению, из ниобия, материала с кристаллической структурой α-Fe и параметром решетки а= 3,30 
находящимся в диапазоне от 3,15 до 3,60 
ориентации { 111} , в поверхности { 111} лежит направление <112>, параллельное 
лежащему в рабочей поверхности подложки; 3 - второго буферного слоя из нитрида гафния, материала с кристаллической структурой типа NaCl, с параметром элементарной ячейки а= 4,50 
толщиной 3000 
находящимся в диапазоне от 4,20 до 4,80 
ориентации (111), в поверхности подслоя расположено направление <112>, параллельное 
, лежащему в рабочей поверхности подложки; 4 - полупроводниковой пленки GaN, n-типа проводимости, толщиной 0,3 мкм, на частях поверхности этой полупроводниковой пленки GaN размещены два омических электрода: исток 5 и сток 8, выполненные из металлических пленок Ti, толщиной 25 
и Аu, толщиной 1500 
На части поверхности полупроводниковой пленки GaN - 4, между электродами 5 - исток и 8 - сток, расположена полупроводниковая пленка из Al0, 14Ga0, 86N - 6, толщиной 0,1 мкм, на части поверхности которой расположен третий электрод транзистора - затвор 7, представляющий собой барьер Шоттки, сформированный из металлической пленки сплава TiW. В этом транзисторе используются свойства двухмерного электронного газа, образованного на границе полупроводниковой гетероструктуры GaN-Al0, 14Ga0, 86N.
Пример 15. Полупроводниковый прибор - полевой транзистор. Структура транзистора представлена на фиг.5. Он включает сапфировую подложку - 1, с ориентацией рабочей поверхности (0001), содержащей направление 
на которой расположена гетероэпитаксиальная слоистая структура из: 2 - барьерного подслоя, толщиной 2000 
выполненного, согласно изобретения, из ниобия, материала с кристаллической структурой α-Fe, с параметром элементарной ячейки а=3,30 
находящимся в диапазоне от 3,15 до 3,60 
с ориентацией поверхности { 111} , в которой расположено направление <112>, параллельное 
поверхности подложки; 3 - второго подслоя, толщиной 0,1 мкм, из нитрида гафния, материала с кристаллической структурой типа NaCl, с параметром решетки а=4,50 
ориентации поверхности подслоя {111}, в ней лежит направление <112>, параллельно 
поверхности подложки; 4 - полупроводниковой пленки GaN, n-типа проводимости, толщиной 0,3 мкм. На частях поверхности пленки GaN - 4 расположены два омических электрода: 5 - исток и 6 - исток, выполненные из металлических пленок Тi, толщиной 25 
и Аu, толщиной 1500 
Затвором этого транзистора является Шоттки-барьер, сформированный из материалов буферных подслоев 3 - нитрида гафния и 2 - ниобия. Подключение к затвору осуществляется через электрод 7, выполненный из алюминиевой пленки, толщиной 0,2 мкм, и ниобиевый подслой 2.
Технико-экономические преимущества настоящего изобретения основаны на увеличении срока службы полупроводникового прибора, повышении стабильности и воспроизводимости рабочих характеристик при массовом производстве из-за существенного улучшения кристаллического совершенства гетероэпитаксиальных полупроводниковых пленок, образующих активные слои.
Анализ, проведенный заявителями, показал, что изобретение удовлетворяет условиям патентоспособности "новизна", а также "изобретательский уровень", поскольку основано на новых знаниях, установленных самими заявителями. Они касаются закономерностей взаимных ориентаций сопрягаемых плоскостей буферного подслоя материала кубической сингонии и рабочей поверхности сапфировой подложки, с одной стороны, и поверхностей подслоя и полупроводниковой пленки, с другой стороны. Анализ уровня техники не позволяет сделать вывод об известности причинно-следственной связи "отличительные признаки - достигаемый технический результат". Промышленная применимость обоснована подробным изложением сущности изобретения в описании и приведенными примерами реализации.
Claims (2)
1. Полупроводниковый прибор, включающий монокристаллическую сапфировую подложку с ориентацией рабочей поверхности, содержащей направление 
на которой расположена гетероэпитаксиальная слоистая структура, состоящая из, по меньшей мере, одного буферного подслоя и одной полупроводниковой пленки, выполненной из соединения Ga1-xAlxN, где 0≤х≤1, и электроды, отличающийся тем, что буферный подслой выполнен из материала, кристаллическая структура которого относится к кубической сингонии с параметром элементарной кубической ячейки "а", выбранным из условия
где - n - числа 3, 4, 6, 8 10,
при этом поверхность подслоя содержит направление <112>, параллельное направлению
поверхности подложки.
где - n - числа 3, 4, 6, 8 10,
при этом поверхность подслоя содержит направление <112>, параллельное направлению
2. Полупроводниковый прибор по п. 1, отличающийся тем, что подслой выполнен из материала с кристаллической структурой типа α-Fe, с параметром элементарной ячейки "а" в диапазоне от 3,15 до 3,60 
3. Полупроводниковый прибор по п. 2, отличающийся тем, что между буферным подслоем и полупроводниковой пленкой расположен второй гетероэпитаксиальный буферный подслой, выполненный из материала с кристаллической структурой типа NaCl, с параметром элементарной ячейки "а" в диапазоне от 4,20 до 4,80
4. Полупроводниковый прибор по п. 1, отличающийся тем, что подслой выполнен из материала с кристаллической структурой типа шпинели, с параметром элементарной ячейки "а" в диапазоне от 8,40 до 9,60
5. Полупроводниковый прибор по п. 1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один буферный подслой выполнен из проводящего материала и выполняет функции электрода.
3. Полупроводниковый прибор по п. 2, отличающийся тем, что между буферным подслоем и полупроводниковой пленкой расположен второй гетероэпитаксиальный буферный подслой, выполненный из материала с кристаллической структурой типа NaCl, с параметром элементарной ячейки "а" в диапазоне от 4,20 до 4,80
4. Полупроводниковый прибор по п. 1, отличающийся тем, что подслой выполнен из материала с кристаллической структурой типа шпинели, с параметром элементарной ячейки "а" в диапазоне от 8,40 до 9,60
5. Полупроводниковый прибор по п. 1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один буферный подслой выполнен из проводящего материала и выполняет функции электрода.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97119755/28A RU2186447C2 (ru) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | Полупроводниковый прибор |
| PCT/RU1998/000397 WO1999028977A1 (en) | 1997-11-28 | 1998-11-25 | SEMICONDUCTOR DEVICE BASED ON HETEROEPITAXIAL FILMS OF NITRIDE COMPOUNDS Gal-xAlxN |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97119755/28A RU2186447C2 (ru) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | Полупроводниковый прибор |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97119755A RU97119755A (ru) | 1999-10-10 |
| RU2186447C2 true RU2186447C2 (ru) | 2002-07-27 |
Family
ID=20199453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97119755/28A RU2186447C2 (ru) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | Полупроводниковый прибор |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2186447C2 (ru) |
| WO (1) | WO1999028977A1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004088756A1 (fr) * | 2003-04-01 | 2004-10-14 | Viktor Petrovich Chaly | Transistor a effet de champ |
| WO2006022570A1 (fr) * | 2004-08-04 | 2006-03-02 | Gennady Mikhailovich Mikheev | Capteur d'angle opto-electronique |
| US9640724B2 (en) | 2005-08-24 | 2017-05-02 | Lumileds Llc | III-nitride light emitting device with double heterostructure light emitting region |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6426512B1 (en) | 1999-03-05 | 2002-07-30 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor device |
| JP4710139B2 (ja) | 2001-01-15 | 2011-06-29 | 豊田合成株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子 |
| JP4282976B2 (ja) * | 2002-11-28 | 2009-06-24 | 昭和電工株式会社 | リン化硼素系化合物半導体素子、及びその製造方法、並びに発光ダイオード |
| US7646040B2 (en) | 2002-11-28 | 2010-01-12 | Showa Denko K.K. | Boron phosphide-based compound semiconductor device, production method thereof and light emitting diode |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5146465A (en) * | 1991-02-01 | 1992-09-08 | Apa Optics, Inc. | Aluminum gallium nitride laser |
| DE69503299T2 (de) * | 1994-04-20 | 1999-01-21 | Toyoda Gosei Kk | Galliumnitrid-Diodenlaser und Verfahren zu seiner Herstellung |
| US5604763A (en) * | 1994-04-20 | 1997-02-18 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor laser diode and method for producing same |
| JP2830814B2 (ja) * | 1996-01-19 | 1998-12-02 | 日本電気株式会社 | 窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法、及び半導体レーザの製造方法 |
-
1997
- 1997-11-28 RU RU97119755/28A patent/RU2186447C2/ru active
-
1998
- 1998-11-25 WO PCT/RU1998/000397 patent/WO1999028977A1/en active Application Filing
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ПАСЫНКОВ В.В., ЧИРКИН Л.К. Полупроводниковые приборы. - М.: Высшая школа, 1987, с.68-70. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004088756A1 (fr) * | 2003-04-01 | 2004-10-14 | Viktor Petrovich Chaly | Transistor a effet de champ |
| WO2006022570A1 (fr) * | 2004-08-04 | 2006-03-02 | Gennady Mikhailovich Mikheev | Capteur d'angle opto-electronique |
| US9640724B2 (en) | 2005-08-24 | 2017-05-02 | Lumileds Llc | III-nitride light emitting device with double heterostructure light emitting region |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1999028977A1 (en) | 1999-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI377697B (en) | Method for growing a nitride-based iii-v group compound semiconductor | |
| KR101010773B1 (ko) | 산화 아연계 화합물 반도체 소자 | |
| TWI392106B (zh) | 具縮減極化場之三族氮化物發光裝置 | |
| JP4714401B2 (ja) | 発光デバイスからの光取り出し改良のための核形成層 | |
| CN101453098B (zh) | 发光元件及其制造方法 | |
| KR100770441B1 (ko) | 질화물 반도체 발광소자 | |
| US7718450B2 (en) | Method for manufacturing nitride semiconductor device | |
| US20090127572A1 (en) | Nitride Semiconductor Light Emitting Device | |
| JP2005217421A (ja) | 改善された高電流効率を有するｉｉｉ族窒化物発光デバイス | |
| KR20130111577A (ko) | Ⅲ족 질화물 발광 소자 | |
| KR100649496B1 (ko) | 질화물 반도체 발광소자 및 제조방법 | |
| JPH06314822A (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその電極形成方法 | |
| KR101552104B1 (ko) | 반도체 발광소자 | |
| JP2007043151A (ja) | 放射放出半導体チップ | |
| US20130026446A1 (en) | Semiconductor light emitting device and fabrication method thereof | |
| KR20070115968A (ko) | 산화 아연계 화합물 반도체 소자 | |
| JP4324387B2 (ja) | 酸化物半導体発光素子 | |
| JP4541318B2 (ja) | 窒化物半導体発光・受光素子 | |
| EP1821347A2 (en) | Light emitting device having vertical structure and method for manufacturing the same | |
| RU2186447C2 (ru) | Полупроводниковый прибор | |
| JP4212413B2 (ja) | 酸化物半導体発光素子 | |
| JP5384783B2 (ja) | 半導体発光素子のための逆分極発光領域 | |
| US7297989B2 (en) | Diboride single crystal substrate, semiconductor device using this and its manufacturing method | |
| KR20130063730A (ko) | 반도체 발광소자 | |
| TW200414569A (en) | Group-III nitride semiconductor device, production method thereof and light-emitting diode |