特許 7216615 ＩＩＩ－Ｎ半導体構造およびＩＩＩ－Ｎ半導体構造の形成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-24

(45)【発行日】2023-02-01

(54)【発明の名称】ＩＩＩ－Ｎ半導体構造およびＩＩＩ－Ｎ半導体構造の形成方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20230125BHJP

   H01L 21/338 20060101ALI20230125BHJP

   H01L 29/778 20060101ALI20230125BHJP

   H01L 29/812 20060101ALI20230125BHJP

   H01L 33/04 20100101ALI20230125BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

H01L29/80 H

H01L33/04

【請求項の数】 13

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2019097624

(22)【出願日】2019-05-24

(65)【公開番号】P2019208022

(43)【公開日】2019-12-05

【審査請求日】2021-11-05

(31)【優先権主張番号】18174617.3

(32)【優先日】2018-05-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】514156563

【氏名又は名称】アイメック・ヴェーゼットウェー

【氏名又は名称原語表記】ＩＭＥＣ ＶＺＷ

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100112911

【弁理士】

【氏名又は名称】中野 晴夫

(72)【発明者】

【氏名】ジャオ・ミン

(72)【発明者】

【氏名】グオ・ウェイミン

【審査官】鈴木 智之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１３２６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２１６８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１００５０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０３６２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１００７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０１５８００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１７０２８３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３３８

Ｈ０１Ｌ ３３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＩＩＩ－Ｎ半導体構造であって、
セミコンダクタ・オン・インシュレータ基板（１００）と、
少なくとも第１の超格子ブロック（２３１）と、前記第１の超格子ブロック（２３１）上に形成された第２の超格子ブロック（２３２）とを含む超格子（２３０）を備えるバッファ構造（２００）と、
前記バッファ構造（２００）上に配置されたＩＩＩ－Ｎ半導体チャネル層（３００）と、を備え、
前記第１の超格子ブロック（２３１）は、第１の超格子ユニット（２３１－１，２３１－２）の繰り返しシーケンスを含み、各第１の超格子ユニット（２３１－１，２３１－２）は、ＡｌＧａＮの層のスタックを含み、前記スタックの隣接する層は、異なるアルミニウム含有量を有し、
前記第２の超格子ブロック（２３２）は、第２の超格子ユニット（２３２－１，２３２－２）の繰り返しシーケンスを含み、各第２の超格子ユニット（２３２－１，２３２－２）は、ＡｌＧａＮの層のスタックを含み、前記スタックの隣接する層は、異なるアルミニウム含有量を有し、
前記第２の超格子ブロック（２３２）の平均アルミニウム含有量は、前記第１の超格子ブロック（２３１）の平均アルミニウム含有量より大きく、
前記超格子（２３０）は、前記第２の超格子ブロック（２３２）の上に形成され、前記第２の超格子ブロック（２３２）の平均アルミニウム含有量よりも少ない平均アルミニウム含有量を有する上部超格子ブロック（２３０Ｕ）を含む、
半導体構造。

【請求項2】

前記バッファ構造（２００）の前記超格子（２３０）は、複数の超格子ブロック（２３０Ｌ，２３１，２３２，２３０Ｕ）を含み、前記第１および第２の超格子ブロック（２３１，２３２）は、前記超格子（２３０）の超格子ブロックの隣接対を形成する請求項１に記載の半導体構造。

【請求項3】

前記超格子（２３０）は、前記第１の超格子ブロック（２３１）の下に形成され、前記第１の超格子ブロック（２３１）の平均アルミニウム含有量よりも大きい平均アルミニウム含有量を有する下部超格子ブロック（２３０Ｌ）を含む請求項１または２に記載の半導体構造。

【請求項4】

前記超格子（２３０）は、前記第２の超格子ブロック（２３２）上に形成された第３の超格子ブロック（２３３）と、前記第３の超格子ブロック（２３３）上に形成された第４の超格子（２３４）ブロックとを含み、
前記第４の超格子ブロック（２３４）の平均アルミニウム含有量は、前記第３の超格子ブロック（２３３）の平均アルミニウム含有量よりも大きく、かつ、前記第３の超格子ブロック（２３３）の平均アルミニウム含有量は、前記第２の超格子ブロック（２３２）の平均アルミニウム含有量よりも小さい請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の半導体構造。

【請求項5】

前記セミコンダクタ・オン・インシュレータ基板（１００）は、下部ウエハ（１１０）、上部半導体層（１３０）、および前記下部ウエハと前記上部半導体層との間の絶縁体層（１２０）を含み、前記バッファ構造（２００）とＩＩＩ－Ｎ半導体チャネル層（３００）とを合わせた厚さは、上部半導体層（１３０）の厚さより大きい請求項１ないし４のうちいずれか１項記載の半導体構造。

【請求項6】

前記バッファ構造（２００）は、前記セミコンダクタ・オン・インシュレータ基板（１００）上に形成されたＡｌＮ核形成層（２１０）を含む請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載の半導体構造。

【請求項7】

前記バッファ構造（２００）は、（Ａｌ）ＧａＮの下部遷移層（２２０）をさらに備え、前記超格子（２３０）は、前記下部遷移層（２２０）上に形成される請求項６に記載の半導体構造。

【請求項8】

前記バッファ構造（２００）は、前記超格子（２３０）上に形成された（Ａｌ）ＧａＮの上部遷移層（２４０）をさらに備える請求項１ないし７のうちいずれか１項に記載の半導体構造。

【請求項9】

ＩＩＩ－Ｎ半導体構造を形成するための方法であって、
前記方法は、
セミコンダクタ・オン・インシュレータ基板（１００）上にバッファ構造（２００）を形成するステップを含み、
前記バッファ構造（２００）を形成するステップは、
第１の超格子ブロック（２３１）上に少なくとも第１の超格子ブロック（２３１）と第２の超格子ブロック（２３２）とを含む超格子（２３０）を形成するステップを含み、
前記方法は、
前記バッファ構造（２００）上にＩＩＩ－Ｎ半導体チャネル層（３００）をエピタキシャル成長させるステップと、を含み、
前記第１の超格子ブロック（２３１）は、第１の超格子ユニット（２３１－１，２３１－２）の繰り返しシーケンスをエピタキシャル成長させることによって形成され、各第１の超格子ユニット（２３１－１，２３１－２）は、ＡｌＧａＮ層のスタックを含み、前記スタックの隣接層は、異なるアルミニウム含有量を有し、
前記第２の超格子ブロック（２３２）は、第２の超格子ユニット（２３２－１，２３２－２）の繰り返しシーケンスをエピタキシャル成長させることによって形成され、各第２の超格子ユニット（２３２－１，２３２－２）は、ＡｌＧａＮ層のスタックを含み、前記スタックの隣接層は、異なるアルミニウム含有量を有し、
前記第２の超格子ブロック（２３２）の平均アルミニウム含有量は、前記第１の超格子ブロック（２３１）の平均アルミニウム含有量より大きく、
前記超格子（２３０）を形成するステップは、前記第２の超格子ブロック（２３２）上に前記第２の超格子ブロック（２３２）の平均アルミニウム含有量よりも少ない平均アルミニウム含有量を有する上部超格子ブロック（２３０Ｕ）を形成するステップを含む、
方法。

【請求項10】

前記超格子（２３０）を形成するステップは、複数の超格子ブロック（２３０Ｌ，２３１，２３２，２３０Ｕ）を形成するステップを含み、前記第１および第２の超格子ブロック（２３１，２３２）は、前記超格子（２３０）の隣接する対を形成するステップを含む請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記セミコンダクタ・オン・インシュレータ基板（１００）は、下部ウエハ（１１０）と、上部半導体層（１３０）と、前記下部ウエハと前記上部半導体層との中間にある絶縁体層（１２０）とを含み、前記バッファ構造（２００）および前記ＩＩＩ－Ｎ半導体チャネル層（３００）は、上部半導体層（１３０）の厚さよりも大きい合計厚さで形成される請求項９または１０に記載の方法。

【請求項12】

前記第２の超格子ブロック（２３２）のインサイチュ曲率の時間変化率が０以下になるように、前記第２の超格子ブロック（２３２）を成長させる請求項９ないし１１のうちいずれか１項に記載の方法。

【請求項13】

前記超格子（２３０）の少なくとも１つの隣接する対の層の間に少なくとも部分的な歪み緩和が生じるように、前記超格子（２３０）を成長させる請求項９ないし１２のうちいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の概念は、ＩＩＩ－Ｎ半導体構造に関する。本発明の概念はさらに、ＩＩＩ－Ｎ半導体構造を形成するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

窒化ガリウム（ＧａＮ）などのＩＩＩ－Ｎ半導体は、高度な半導体デバイスの製造のための有望な候補である。ＩＩＩ－Ｎ半導体デバイスは、高出力および高周波数用途での使用に特に重要である。ＩＩＩ－Ｎ系デバイスは、典型的には、例えば、Ｓｉ、サファイアおよびＳｉＣなどの異種基板上にヘテロエピタキシによって成長させられる。エピタキシプロセスの例には、有機金属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）および分子線エピタキシ（ＭＢＥ）が含まれる。

【0003】

基板と活性ＩＩＩ－Ｎデバイス層との間の格子および熱的不整合によって誘発される応力を管理し、したがって、満足できる材料品質および電気特性を有する活性層の成長を可能にするために、ＡｌＮ／Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮの２層の多重繰り返しの超格子を含む中間バッファ構造を使用することができる。活性層と基板との間の漏れ防止能力に関しては、比較的厚いバッファを形成することが一般に有利である。しかしながら、厚いバッファを成長させることは、基板の塑性変形を回避し、またエピタキシ後冷却中に熱的不整合が導入された凹状ウエハの反りを補償するために、インサイチュ曲率に注意を払う必要がある。

【0004】

現在、ＩＩＩ－Ｎ系デバイスは、一般に、Ｓｉ、サファイアまたはＳｉＣの基板上に形成されている。しかしながら、セミコンダクタ・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）タイプの基板上にＩＩＩ－Ｎデバイスを形成することが望ましいであろう。ＳＯＩ基板は、ボトムアップ方向に、ボトムハンドリングウエハ（例えば、Ｓｉ、ＭｏまたはＡｌＮ）、埋め込み酸化物（ＢＯＸ）、および上部半導体層（例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅまたはＳｉＣ）を含む。

【0005】

従来のバルク基板と比較して、ＳＯＩ基板の１つの特別な挙動は、格子および熱の不整合誘起応力に対するそれらの変形応答である。依然としていくつかの議論の対象となっているが、この現象は、ＳＯＩ基板の半導体層の厚さがエピ成長したＩＩＩ－Ｎ層または層スタックの厚さと同程度またはそれ以下であるときに生じる“歪分配効果”によって説明することができる。導入された応力の比較的大きくそして大部分でさえも、ＳＯＩ基板の半導体層内の歪みによって対処される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

バルク基板上で成長させるための一般的なＩＩＩ－Ｎ超格子ベースのバッファ構造は、通常、成長中に圧縮応力を連続的に導入し、したがってエピタキシ後冷却中に熱的不整合導入引張応力を補償するように設計される。しかしながら、発明者らによって理解されるように、（ＩＩＩ－Ｎ層の厚さと比較して）薄い半導体層を有するＳＯＩ基板上にこのようなバッファ構造を成長させると、歪分配効果による成長中のはるかに強いウエハ変形は、比較的薄い厚さを有するＩＩＩ－Ｎスタックに対してさえも、最終的なウエハのワープ（warp）／ボウ（bow）を制御することを困難にする可能性がある。さらに、十分な漏れ防止能力を提供することは、より厚いバッファ構造は、歪分配効果のために、ＳＯＩ基板の塑性変形（ボウ）および亀裂を生じさせる可能性があるため、より困難であり得る。

【0007】

したがって、本発明の概念の目的は、これらの課題を少なくとも部分的に軽減し、それによって、ＳＯＩ基板上により厚いＩＩＩ－Ｎ系デバイスを形成することを可能にすることである。さらなる目的および代替の目的は、以下から理解され得る。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の概念の一態様によれば、ＩＩＩ－Ｎ半導体構造は、
セミコンダクタ・オン・インシュレータ基板と、
少なくとも第１の超格子ブロックと、前記第１の超格子ブロック上に形成された第２の超格子ブロックとを含む超格子を備えるバッファ構造と、
前記バッファ構造上に配置されたＩＩＩ－Ｎ半導体チャネル層と、を備え、
前記第１の超格子ブロックは、第１の超格子ユニットの繰り返しシーケンスを含み、各第１の超格子ユニットは、ＡｌＧａＮの層のスタックを含み、前記スタックの隣接する層は、異なるアルミニウム含有量を有し、
前記第２の超格子ブロックは、第２の超格子ユニットの繰り返しシーケンスを含み、各第２の超格子ユニットは、ＡｌＧａＮの層のスタックを含み、前記スタックの隣接する層は、異なるアルミニウム含有量を有し、
前記第２の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量は、前記第１の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量より大きい
半導体構造。

【0009】

したがって、超格子は、第１および第２の超格子ブロックによって形成された一対の超格子ブロックを含む。第２の超格子ブロックは、第１の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量よりも大きい平均アルミニウム含有量を有する。これにより、（さらなる）圧縮応力を構造に導入することなく、または構造に引張応力をさらに与えることなく、製造中に一対の超格子ブロックをＩＩＩ－Ｎ半導体構造に提供することが可能になる。したがって、一対の超格子ブロックは、エピタキシ中に、さらなる圧縮応力の増大を少なくとも打ち消すように、または構造内に既存の圧縮歪みをさらに低減するように作用することができる。したがって、第１および第２の超格子ブロックは、“非圧縮応力誘起対（non-compressive stress inducing pair）”の超格子ブロックと呼ばれることがある。

【0010】

この一対の超格子ブロックは、構造内に導入された応力、特にセミコンダクタ・オン・インシュレータ基板内に誘起された応力を制御するための手段を提供する。これにより、成長中のセミコンダクタ・オン・インシュレータ基板の変形の塑性変形を回避する範囲内に保つことが可能になる。したがって、漏れ防止能力を高めた比較的厚いバッファ構造を成長させることが可能となる。

【0011】

本明細書で使用するとき、表記“ＡｌＧａＮ”または“（Ａｌ）ＧａＮ”は、Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ、ここで、０≦ｘ≦１を指すものとして理解されるべきである。したがって、ＡｌＧａＮの層は、様々な割合のＡｌＮとＧａＮの半導体合金とすることができる。しかしながら、ＡｌＧａＮの層は、ＡｌＮ（Ｇａを含まない）またはＧａＮ（Ａｌを含まない）の化合物半導体でもあり得る。ＡｌＧａＮ／（Ａｌ）ＧａＮ表記が異なる層に使用される場合、異なる層は異なる組成、すなわち、異なるｘの値を示し得ることを理解されたい。

【0012】

“超格子（superlattice）”は、好ましくはそれからなる、多数の超格子ブロック、少なくとも２つの超格子ブロックを含む複合層構造であるが、３つ、４つまたはそれ以上のようなそれ以上も可能である。

【0013】

“超格子ブロック”は、複数回繰り返される超格子ユニットを含む、好ましくはそれからなる複合層構造であり、少なくとも２つ、しかしながら、それ以上、例えば３、４またはそれ以上も可能である。好ましくは、各それぞれの超格子ブロックの超格子ユニットは、互いに同一である。すなわち、第１超格子ブロックの超格子ユニットは、互いに同一であり、第２超格子ブロックの超格子ユニットは、互いに同一である。

【0014】

“超格子ユニット”は、好ましくは、ＡｌＧａＮの層のスタックまたはラミネートからなる複合層構造であり、スタックの各層はアルミニウム含有量、すなわち、スタックの隣接層のアルミニウム含有量とは異なる、アルミニウムの割合を有する。２つの層が共通の界面を有する場合、それらは隣接していると言える。

【0015】

超格子ブロックの“平均アルミニウム含有量”とは、本明細書では超格子ブロック中のアルミニウムの割合を意味する。数学的には、ＡｌＧａＮのｊ層の２つ以上の超格子ユニットの超格子ブロックの平均アルミニウム含有量ＡＬ％は、厚さＤｊおよびＡｌ_ｘｊＧａ_１－ｘｊＮの組成を有する各層ｊで、次のように表すことができる。

【0016】

【数1】

ここで、合計は、インデックスｊを超える。

【0017】

セミコンダクタ・オン・インシュレータ基板は、下部ウエハ、上部半導体層、および下部ウエハと上部半導体層との中間にある絶縁層を含むことができる。上部半導体層は能動素子層を形成することができる。これにより、半導体構造を論理および／または無線周波数（ＲＦ）回路で使用することができる。バッファ構造は、上部半導体層、より具体的には上部半導体層の上面に形成することができる。

【0018】

構造に“圧縮応力”を与える層またはブロックとは、これにより、層またはブロックが構造の下層によって圧縮応力を受けている／下にあることを意味する。逆に、“引張応力”を提供する層またはブロックとは、それにより、その層またはブロックが構造の下層によって引張応力を受けている／下にあることを意味する。

【0019】

本開示では、構造（ＳＯＩ基板、超格子ブロックまたは層など）の“曲率”という用語は、構造の半径の逆数を指すのに使用される。“インサイチュ（In situ）”曲率は、ＩＩＩ－Ｎ半導体構造のエピタキシャル成長中の曲率を指す。“エクスサイチュ（Ex situ）”ワープは、エピタキシャル成長の完了およびＩＩＩ－Ｎ半導体構造の冷却後のウエハのワープを指す。

【0020】

正または凸の曲率は、原点がＳＯＩ基板の下にあることを意味する（ＳＯＩ基板上の層積層方向に見て、すなわち、ＳＯＩ基板に対して垂直）。反対に、負または凹の曲率は、原点がＳＯＩ基板の上にあることを意味する。

【0021】

曲率の特徴（例えば、凸／正または凹／負）の記載がなされるとき、曲率は、表面に沿った方向に延びる任意の経路に沿った全ての位置においてこの特性を示し得る。

【0022】

バッファ構造の超格子は複数の超格子ブロックを含むことができ、第１および第２の超格子ブロックは超格子の隣接する対の超格子ブロックを形成することができる。このように、超格子は、３つ以上の超格子ブロックを含んでもよく、そのうちの第１および第２の超格子ブロックは、互いに隣接して形成された対または超格子ブロックを形成する。より多くの超格子ブロックは、とりわけインサイチュ（in situ）曲率およびエピ後のウエハのワープを制御する目的で、バッファ構造の特性を調整する際の自由度が増す。超格子の各超格子ブロックは、繰り返しシーケンスの超格子ユニットを含み、各ユニットはＡｌＧａＮの層のスタックを含み、スタックの隣接する層は異なるアルミニウム含有量を有する。

【0023】

特に、超格子は、第２の超格子ブロックの上に形成され、第２の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量よりも少ない平均アルミニウム含有量を有する上部超格子ブロックを含み得る。上部超格子ブロックは、第２の超格子ブロックの上に直接形成されてもよい。

【0024】

代替的または追加的に、超格子は、第１の超格子ブロックの下に形成され、第１の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量よりも大きい平均アルミニウム含有量を有する下部超格子ブロックを含み得る。第１の超格子ブロックは、下部超格子ブロック（存在する場合）の上に直接形成されてもよい。

【0025】

第１の場合、超格子は、第２の超格子ブロックよりも平均アルミニウム含有量が少ない少なくとも１つの上部超格子ブロックを含み得る。第２の場合、超格子は、第１の超格子ブロックよりも大きい平均アルミニウム含有量を有する少なくとも１つの下部超格子ブロックを含み得る。

【0026】

いずれの場合も、少なくとも２つの隣接する超格子ブロック間の平均アルミニウム含有量を徐々に減少させることによって、非圧縮応力誘起対の第１および第２超格子ブロックの上下に圧縮応力を導入することができる。圧縮歪みは、ＩＩＩ－Ｎ半導体とＳＯＩ基板の半導体層との間の熱的不整合のためにエピ後に導入された引張歪みを補償することを可能にする。

【0027】

一実施形態によれば、超格子は、第２の超格子ブロック上に形成された第３の超格子ブロックと、第３の超格子ブロック上に形成された第４の超格子ブロックとを含む。

【0028】

ここで、第４の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量は、第３の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量よりも大きく、第３の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量は、第２の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量よりも小さい。したがって、超格子は、構造に圧縮応力と引張応力を交互に導入する超格子ブロックを含み得る。これは、インサイチュ曲率およびエピ後のウエハのワープを制御するためのさらに大きな自由度を提供する。

【0029】

第４の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量はまた、第２の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量よりも小さくてもよい。

【0030】

セミコンダクタ・オン・インシュレータ基板は、下部ウエハ、上部半導体層、および下部ウエハと上部半導体層との間の絶縁体層を含むことができ、バッファ構造とＩＩＩ－Ｎ半導体チャネル層とを合わせた厚さは、上部半導体層の厚さよりも大きくなり得る。バッファ構造の超格子の独創的な設計により、そのような構成を有し、過度のインサイチュ曲率およびエピ後ウエハのワープのない半導体構造を得ることができる。

【0031】

第１および第２の超格子ブロックのうちの１つまたは複数の隣接する対の層は、擬似同型層であり得る。疑似同型層対とは、これにより、上層の（面内）格子定数が下層の（面内）格子定数と一致する下層と上層の対を意味する。

【0032】

少なくとも部分的な歪み緩和が第１および第２の超格子ブロックの少なくとも１つの隣接する対の層の間に存在するように超格子を形成することも可能である。

【0033】

歪み緩和は、部分歪み緩和から全歪み緩和までの範囲内の任意の程度のものであり得る。歪み緩和とは、これにより面内歪みの緩和を意味する。２つの互いに隣接する層の間に少なくとも部分的な歪み緩和を有することは、バッファ構造をより大きな厚さで形成することを可能にする。バッファ構造の成長中に圧縮歪みが蓄積し、ＳＯＩ基板のインサイチュ曲率が増大し得る。インサイチュ曲率が臨界量（正確な値は基板特有である）を超えて増加すると、ＳＯＩ基板の塑性変形が生じる可能性がある。少なくとも１つの超格子ブロックにおいて少なくとも部分的な歪み緩和を有することによって、インサイチュ曲率の増加率は、塑性変形の限界に達することなくより厚いバッファ層構造が形成され得るように減少され得る。

【0034】

チャネル層は、Ｂ_ｘＩｎ_ｙＡｌ_ｚＧａ_ｗＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１；０≦ｚ≦１、０≦ｗ≦１、およびｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１）の１つまたは複数の層を含むことができる。チャネル層は超格子の上に直接形成することができる。しかしながら、バッファ構造が１つまたは複数の上部遷移層のようなさらなる層を含む場合、チャネル層は上部遷移層の上に直接形成されてもよい。

【0035】

バッファ構造は、セミコンダクタ・オン・インシュレータ基板上に形成されたＡｌＮ核形成層を含むことができる。

【0036】

核形成層は、バッファ構造の最下層を形成してもよい。ＡｌＮ核形成層は、いわゆる“メルトエッチバック”効果をもたらし得る、ＳＯＩの半導体層とＧａとの間の共晶反応を防止し得る。ＡｌＮ核形成層はまた、バッファ構造のさらなる材料層のエピタキシャル成長を容易にし得る。

【0037】

バッファ構造は、（Ａｌ）ＧａＮの下部遷移層をさらに含むことができ、超格子は下部遷移層上に形成される。下部遷移層は、インサイチュウエハの曲率およびウエハのワープ制御においてさらなる柔軟性を提供し得、さらに上部の超格子のより高い材料品質の成長のための基礎を提供し得る。下部遷移層は、均一な組成を有する単一層であってもよく、または異なる組成を有する（Ａｌ）ＧａＮの２つ以上の副層を含む複合層であってもよい。

【0038】

バッファ構造は、超格子上に形成された（Ａｌ）ＧａＮの上部遷移層をさらに含むことができる。上部遷移層は、インサイチュウエハの曲率およびウエハのワープ制御においてさらなる柔軟性を提供し得、さらに上部のチャネル層のより高い材料品質の成長のための基礎を提供し得る。上部遷移層は、均一な組成を有する単一層であってもよく、または異なる組成を有する（Ａｌ）ＧａＮの２つ以上の副層を含む複合層であってもよい。

【0039】

第２の態様によれば、ＩＩＩ－Ｎ半導体構造を形成するための方法が提供される。
前記方法は、
セミコンダクタ・オン・インシュレータ基板上にバッファ構造を形成するステップを含み、
前記バッファ構造を形成するステップは、
前記第１の超格子ブロック上に少なくとも第１の超格子ブロックと第２の超格子ブロックとを含む超格子を形成するステップを含み、
前記方法は、
前記バッファ構造上にＩＩＩ－Ｎ半導体チャネル層をエピタキシャル成長させるステップと、を含み、
前記第１の超格子ブロックは、第１の超格子ユニットの繰り返しシーケンスをエピタキシャル成長させることによって形成され、各第１の超格子ユニットは、ＡｌＧａＮ層のスタックを含み、前記スタックの隣接層は、異なるアルミニウム含有量を有し、
前記第２の超格子ブロックは、第２の超格子ユニットの繰り返しシーケンスをエピタキシャル成長させることによって形成され、各第２の超格子ユニットは、ＡｌＧａＮ層のスタックを含み、前記スタックの隣接層は、異なるアルミニウム含有量を有し、
前記第２の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量は、前記第１の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量より大きい
方法。

【0040】

本発明の方法は、概して、第１の態様と同じまたは対応する利点を提示する。したがって、第１の態様の利点に関する上記の説明が参照される。

【0041】

さらに、超格子を形成するステップは、複数の超格子ブロックを形成するステップを含むことができ、第１および第２の超格子ブロックは、超格子の隣接する対の超格子ブロックを形成する。超格子の各超格子ブロックは、繰り返しシーケンスの超格子ユニットを含み、各ユニットはＡｌＧａＮの層のスタックを含み、スタックの各層は異なるアルミニウム濃度を有する。

【0042】

超格子を形成するステップは、第２の超格子ブロックの上に上部超格子ブロックを形成するステップ、および第２の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量よりも少ない平均アルミニウム含有量を有することを含み得る。

【0043】

超格子を形成するステップは、第１の超格子ブロックの下に下部超格子ブロックを形成するステップ、および第１の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量よりも大きい平均アルミニウム含有量を有することを含み得る。

【0044】

超格子を形成するステップは、第２の超格子ブロック上に第３の超格子ブロックを形成し、第３の超格子ブロック上に第４の超格子ブロックを形成するステップを含み、第４の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量は、第３の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量より大きく、第３の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量は、第２の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量よりも小さい。

【0045】

セミコンダクタ・オン・インシュレータ基板は、下部ウエハ、上部半導体層、および下部ウエハと上部半導体層との間の絶縁体層を含むことができ、バッファ構造およびＩＩＩ－Ｎ半導体チャネル層は、上部半導体層の厚さよりも大きい合計厚さで形成される。

【0046】

この方法によれば、第２の超格子ブロックは、第２の超格子ブロックのインサイチュ曲率の時間的変化率が０以下となるように形成されてもよい。インサイチュ曲率の時間的変化率（すなわち、経時的な変化）は、成長時間の関数として（または等価的に第２の超格子ブロックの厚さの関数として）インサイチュ曲率の勾配に対応する。

【0047】

超格子は、超格子の少なくとも１つの隣接する対の層の間に少なくとも部分的な歪み緩和が生じるように成長させることができる。

【0048】

第２の態様の前述の実施形態は、概して、第１の態様の対応する実施形態と同じまたは対応する利点を提示する。第１の態様のさらなる実施形態または変形はまた、第２の態様にも同様に適用可能である。したがって、上記の説明を参照する。

【0049】

本発明概念の上記ならびに追加の目的、特徴および利点は、添付の図面を参照しながら、以下の例示的かつ非限定的な詳細な説明を介してよりよく理解されるであろう。図面では、特に明記しない限り、類似の参照番号が類似の要素に使用される。

【図面の簡単な説明】

【0050】

【図1】ＩＩＩ－Ｎ半導体構造を概略的に示す。

【図2】超格子ユニットの構成を示す。

【図3】ＩＩＩ－Ｎ半導体構造を形成する方法のフローチャートである。

【図4a】様々な例示的ＩＩＩ－Ｎ半導体構造を示す。

【図4b】様々な例示的ＩＩＩ－Ｎ半導体構造を示す。

【図4c】様々な例示的ＩＩＩ－Ｎ半導体構造を示す。

【図5a】様々な例示的ＩＩＩ－Ｎ半導体構造を示す。

【図5b】様々な例示的ＩＩＩ－Ｎ半導体構造を示す。

【図5c】様々な例示的ＩＩＩ－Ｎ半導体構造を示す。

【図6a】様々な例示的ＩＩＩ－Ｎ半導体構造を示す。

【図6b】様々な例示的ＩＩＩ－Ｎ半導体構造を示す。

【図6c】様々な例示的ＩＩＩ－Ｎ半導体構造を示す。

【図7a】様々な例示的ＩＩＩ－Ｎ半導体構造を示す。

【図7b】様々な例示的ＩＩＩ－Ｎ半導体構造を示す。

【図7c】様々な例示的ＩＩＩ－Ｎ半導体構造を示す。

【発明を実施するための形態】

【0051】

ＩＩＩ－Ｎ半導体構造およびＩＩＩ－Ｎ半導体構造を形成する方法が、ここで図１～図３を参照して説明される。

【0052】

図１は、層のスタックを含む半導体構造を概略断面図で示す。層の積層方向は“Ｚ”で示され、以下ではＳＯＩ基板に対する垂直方向、ボトムアップ方向、または法線方向とも呼ばれることがある。図示の要素の相対寸法、特に、層の相対厚さは単に概略的なものであり、説明を明確にする目的で物理的構造とは異なる場合があることに留意されたい。

【0053】

半導体構造は、ボトムアップ方向に、セミコンダクタ・オン・インシュレータ基板１００（以下、ＳＯＩ基板１００と略す）、バッファ構造２００、およびＩＩＩ－Ｎ半導体チャネル層３００を含む。

【0054】

ＳＯＩ基板１００は、下部ウエハ１１０と、上部半導体層１３０と、下部ウエハ１１０と上部半導体層１３０との中間にある絶縁体層１２０とを含む。ＳＯＩ基板１００は、酸化物絶縁体層１２０上に形成され、例えば、Ｓｉ、ＭｏまたはＡｌＮの下部ハンドリングウエハ１１０によって支持された単結晶Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅまたはＳｉＣ上部層１３０などの任意の従来型のものでよい。上部半導体層１３０は、上部主面として｛１１１｝面を示してもよい。ＳＯＩ基板１００は、上部半導体層が結合酸化物層１２０によって下部ウエハ１１０に結合され、続いて切断または研削されて最終的な薄化上部半導体層１３０を形成する層転写プロセスなどの従来の方法で製造され得る。

【0055】

バッファ構造２００は、ＳＯＩ基板１００上に形成されている。バッファ構造２００は、ボトムアップ方向に、ＡｌＮ核形成層２１０と、下部遷移層２２０と、超格子２３０と、上部遷移層２４０とを含む。上部遷移層２４０はいずれも任意選択の層であり、省略することができる。

【0056】

ＡｌＮ核形成層２１０（以下“核形成層２１０”）がＳＯＩ基板１００の上面上にそれと接触して形成される（図３のフローチャート４００のステップ４０２）。核形成層２１０は、気相堆積、例えば、ＴＭＡｌのような従来のＡｌ前駆体を用いたＭＯＣＶＤによってエピタキシャル成長させることができる。しかしながら、ＡｌＮ核形成層のエピタキシャル成長に適した他の従来型の蒸着プロセスも可能である。核形成層２１０は、２５０ｎｍ以下、好ましくは、少なくとも５０ｎｍの厚さで形成することができる。核形成層２１０は、一般に、後続の層の成長に十分な結晶品質を達成するための厚さで形成することができる。Ｓｉベースの上部半導体層１３０が存在する場合、核形成層２１０はまた、Ｇａの拡散を防止して上部半導体層１３０と反応するのに十分な厚さで有利に形成することができる。核形成層２１０は、上部主面としてＣ面を呈するように形成されてもよい。

【0057】

下部遷移層２２０は、核形成層２１０の上部主面上にこれと接触して形成される（図３のステップ４０４）。下部遷移層２２０は、均一な組成を有する単層として形成することができる。例えば、下部遷移層２２０は、２０％～９０％の範囲のＡｌ含有量を有する（Ａｌ）ＧａＮ層とすることができる。あるいは、下部遷移層２２０は、異なる組成を有する（Ａｌ）ＧａＮの２つ以上の副層を含む複合層として形成されてもよい。下部遷移層２２０は、上部主面としてＣ面を呈するように形成されてもよい。

【0058】

下部遷移層２２０は、気相堆積、例えば、ＴＭＧａ、ＴＥＧａおよびＴＭＡｌなどの従来のＩＩＩ族元素前駆体を用いたＭＯＣＶＤ、または、例えば、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、物理気相成長法（ＰＶＤ）または水素化物気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）などの（Ａｌ）ＧａＮのエピタキシャル成長に適した他の従来のタイプの蒸着プロセスによってエピタキシャル成長させることができる。下部遷移層２２０は、２００ｎｍ以下の（合計）厚さで形成することができる。

【0059】

超格子２３０は、互いの上に積み重ねられたいくつかの超格子ブロックによって形成される（図３のステップ４０６）。図１において、超格子ブロックは、第１の超格子ブロック２３１の上に形成された第１の超格子ブロック２３１および第２の超格子ブロック２３２を含む。図示されるように、超格子２３０は、少なくとも１つの下部超格子ブロック２３０Ｌおよび／または少なくとも１つの上部超格子ブロック２３０Ｕなどのさらなる超格子ブロックを含み得る。したがって、超格子２３０の形成は、少なくとも第１の超格子ブロック２３１（ステップ４０６－１）および第２の超格子ブロック２３２（ステップ４０６－２）を形成することを含み得るが、必要に応じてさらなる下部および／または上部超格子ブロックを形成することを含み得る（図３のステップ４０６－Ｌおよび４０６－Ｕによって表される）。

【0060】

超格子の各超格子ブロックは、同一の連続して形成された超格子ユニットの繰り返しによって形成されてもよい。第１の超格子ブロック２３１について図１に示されるように、超格子ブロック２３１は、ｍ個の超格子ユニット２３１－１、２３１－２、…、２３１－ｍのスタックからなり、ｍは、２以上である。第２の超格子ブロック２３２は、第１の超格子ブロック２３１の上部主面上に形成される。超格子ブロック２３２は、ｎ個の超格子ユニット２３２－１、２３２－２、…、２３２－ｎのスタックからなり、ｎは、２以上である。超格子ユニットの数は、超格子ブロック間で同じでも異なっていてもよい。例えば、第２の超格子ブロック２３２の超格子ユニットの数ｎは、ｍに等しくてもよく、またはｍと異なってもよい。

【0061】

図２に示すように、第１の超格子２３１の各超格子ユニットは、ＡｌＧａＮのｊ層（ｊは、２以上）のスタックまたはラミネートから形成され、スタックの各層は、スタックの隣接層のアルミニウム含有量とは異なるアルミニウム含有量を有する（すなわち、２≦ｉ≦ｊ－１の場合、ｘ［ｉ－１］≠ｘｉ≠ｘ［ｉ＋１］）。必要に応じて、スタックの各層は、スタックの他の各層のアルミニウム含有量とは異なるアルミニウム含有量を有してもよい（すなわち、ｘ１≠ｘ２≠…ｘｊ）。各超格子ユニット２３１－１、２３１－２、…、２３１－ｍのｉ番目の層の厚さＤ１ｉは、図２に示すように同一であり得る。したがって、超格子ユニット２３１－１、２３１－２、…、２３１－ｍは、同一／同じ組成を有することができる。

【0062】

第２の超格子２３２の各超格子ユニットは、ＡｌＧａＮのｋ層（ｋは、２以上）のスタックまたはラミネートから形成され、スタックの各層は、スタックの隣接層のアルミニウム含有量とは異なるアルミニウム含有量を有する（すなわち、２≦ｉ≦ｋ－１の場合、ｙ［ｉ－１］≠ｙｉ≠ｙ［ｉ＋１］）。必要に応じて、スタックの各層は、スタックの他の各層のアルミニウム含有量とは異なるアルミニウム含有量を有してもよい（すなわち、ｙ１≠ｙ２≠…≠ｙｋ）。各超格子ユニット２３２－１、２３２－２、…、２３２－ｎのｉ番目の層の厚さＤ２ｉは、図２に示すように同一であり得る。したがって、超格子ユニット２３２－１、２３２－２、…、２３２－ｎは、同一／同じ組成を有することができる。

【0063】

超格子ブロック２３１、２３２の超格子ユニットの各層は、下部遷移層２２０に関して説明した技術のいずれかを使用してエピタキシャル成長させることができる。超格子ブロック２３１、２３２の超格子ユニットの各層は、１００ｎｍ未満の厚さで形成されてもよい。

【0064】

超格子ブロック２３１、２３２の層は、シュードモルフィック層として（すなわち、各層を臨界層厚未満の厚さで形成することによって）形成することができる。しかしながら、超格子２３０はまた、１つまたは複数の部分的または完全歪み緩和層を含むように（すなわち、層を臨界層厚よりも大きい厚さで形成することによって）形成されてもよい。

【0065】

上記の範囲内で、第１および第２の超格子ブロック２３１、２３２の組成は、第２の超格子ブロック２３２の平均アルミニウム含有量が第１の超格子ブロック２３１の平均アルミニウム含有量よりも大きくなるようなものである。第２の超格子ブロック２３２の平均アルミニウム含有量は、第１の超格子ブロック２３１の平均アルミニウム含有量より少なくとも１％大きくてもよい。言い換えれば、第２の超格子ブロック２３２のＡＬ％は、第１の超格子ブロック２３１のＡＬ％よりも１パーセントユニット大きい。

【0066】

超格子２３０の１つまたは複数のさらなる超格子ブロック２３０Ｌ、２３０Ｕは、一般に、第１および第２の超格子ブロック２３１、２３２として対応する組成を示す。（存在する場合）より下部の超格子ブロック２３０Ｌは、第１の超格子ブロック２３１の平均アルミニウム含有量よりも大きい平均アルミニウム含有量を示し得る。一方、（存在する場合）上部超格子ブロック２３０Ｕは、第２の超格子ブロック２３２の平均アルミニウム含有量よりも少ない平均アルミニウム含有量を提示することができる。

【0067】

さらなる変形によれば、超格子２３０は、第２の超格子ブロック２３２上に形成された第３の超格子ブロックと、第３の超格子ブロック上に形成された第４の超格子ブロックとを含み得る。第３および第４の超格子ブロックは、第１および第２の超格子ブロック２３１、２３２によって形成された第１の“非圧縮応力誘起対”の上に、第２の“非圧縮応力誘起対”を形成することができる。したがって、第４の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量は、第３の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量よりも大きくてもよい。第３の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量は、第２の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量より小さくてもよい。超格子２３０は、第３の対などのさらなる“非圧縮応力誘起対”を含むことができる。第３の対は、第４の超格子ブロック上に形成された第５の超格子ブロックと、第５の超格子ブロック上に形成された第６の超格子ブロックとを含み、第６の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量は、第５の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量より大きく、第５の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量は、第４の超格子ブロックの平均アルミニウム含有量よりも小さい。このスキームは、４つ、５つ、またはそれ以上のそのような“非圧縮応力誘起対”を含むようにさらに拡張することができると考えられる。

【0068】

上部遷移層２４０は超格子２３０の上部主面上にそれと接触して形成される（図３のステップ４０８）。上部遷移層２４０は、均一な組成を有する単層として形成することができる。例えば、上部遷移層２４０は、０％～２０％の範囲のＡｌ含有量を有する（Ａｌ）ＧａＮ層であり得る。あるいは、上部遷移層２４０は、異なる組成を有する（Ａｌ）ＧａＮの２つ以上の副層を含む複合層として形成されてもよい。上部遷移層２４０はまた、（ＩｎＡｌＧａ）Ｎの１つまたは複数の層を含み得る。上部遷移層２４０は、１５００ｎｍ以下の（合計）厚さで形成することができる。上部遷移層２４０は、上部主面としてＣ面を呈するように形成されてもよい。上部遷移層２４０は、下部遷移層２２０に関連して説明した技術のうちのいずれかを使用してエピタキシャル成長させることができる。

【0069】

ＩＩＩ－Ｎ半導体チャネル層３００（以下“チャネル層３００”）は、図示のように（上部主面のいずれかによって形成された）バッファ構造２００の上部主面上に接触して形成される（図３のステップ４１０）（上部遷移層２４０の上部主面または超格子２３０の上部主面のいずれかによって形成される）。

【0070】

チャネル層３００は、Ｂ_ｘＩｎ_ｙＡｌ_ｚＧａ_ｗＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１；０≦ｚ≦１、０≦ｗ≦１、およびｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１）で形成することができる。チャネル層３００は、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）およびトリエチルボロン（ＴＥＢ）、ＴＭＧａ、ＴＥＧａおよびＴＭＡｌなどの従来のＩＩＩ族元素前駆体を使用するＭＯＣＶＤによって、または他の従来の気相堆積技術によってエピタキシャル成長させることができる。チャネル層は、０．１～１μｍの範囲の合計厚さまで成長させることができる。

【0071】

チャネル層３００を形成した後、完全なデバイスを形成するために、半導体構造上にさらなる層および構造を形成することができる。例えば、Ｂ_ａＩｎ_ｂＡｌ_ｃＧａ_ｄＮ層（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、およびａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１）の電子供給層をチャネル層３００上に形成してもよい。チャネル層３００と電子供給層との間には、ＡｌＮスペーサ層が形成されていてもよい。ＧａＮ層またはＳｉ_３Ｎ_４層などのキャップ層を電子供給層の上に形成することができる。スペーサ層、電子供給層、およびキャップ層は、チャネル層３００と同じ堆積技術を使用して形成することができる。ソース電極、ドレイン電極、およびゲート電極は、従来の方法で電子供給層（または存在する場合はキャップ層）上に形成することができる。

【0072】

バッファ構造２００の層の材料および組成に関する上記の説明に加えて、不純物原子でドープされた層として層を形成することが可能である。例えば、１つまたは複数の下部遷移層２２０、超格子２３０の層、および／または上部遷移層２２０は、１×１０^１８（原子／ｃｍ^３）以上の濃度にドープされてもよい。これにより、バッファ構造２００の耐圧を向上させることができる。ドーパント／不純物原子は、Ｃ原子、Ｆｅ原子、Ｍｎ原子、Ｍｇ原子、Ｖ原子、Ｃｒ原子、Ｂｅ原子およびＢ原子からなる群から選択される１つまたは複数の種とすることができる。ドーパントは、ドープされる層のエピタキシャル成長中に、意図されたドーパント種の供給源を成長チャンバに加えることによって導入することができる。例えば、炭素ドーピングは、メタン（ＣＨ_４）、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）またはイソブタン（ｉ－Ｃ_４Ｈ_１０）などの炭素源を成長チャンバに加えることによって達成できる。

【0073】

図４ａは、第１の実施例によるＩＩＩ－Ｎ半導体構造を概略的に示す。図４ｂは、インサイチュウエハの曲率およびエピ後のウエハのワープを示す。曲線の鋭いスパイクと短範囲の高周波振動は、測定システムの影響である。図４ｃは、ウエハに沿った２つの直交方向に沿って測定されたエピ前後のウエハのワープを示す。

【0074】

構造は次のとおりである。

【0075】

・厚さ１μｍの酸化物層によって厚さ１０７１μｍのＳｉ｛１００｝ハンドリングウエハに結合された厚さ１．５μｍのＳｉ｛１１１｝のＳＯＩ基板１００
・２００ｎｍ厚のＡｌＮ核形成層２１０
・５０ｎｍのＡｌ_０．７５ＧａＮ下部遷移層２２０
・超格子２３０：
・［５ｎｍのＡｌＮ／２８ｎｍのＡｌ_０．１５ＧａＮ］２層の超格子ユニットの５０回の繰り返しによって形成された１．６５μｍ厚の第１の超格子ブロック２３１（平均アルミニウム含有量ＡＬ％＝２８％に対応）
・［１０ｎｍのＡｌＮ／２８ｎｍのＡｌ_０．３ＧａＮ］２層の超格子ユニットを４０回繰り返すことによって形成された１．５μｍ厚の第２の超格子ブロック２３２（平均アルミニウム含有量ＡＬ％＝４８％に対応）
・１μｍ厚の炭素ドープＧａＮ上部遷移層２４０
・３００ｎｍのＧａＮチャネル層３００

【0076】

見て分かるように、他の超格子ブロックの上に平均アルミニウム含有量ＡＬ％がより高い超格子ブロックを導入することによって、引張応力を導入することができ、それはインサイチュ曲率ならびにエクスサイチュウエハのワープ（ピーク間の差として測定される）を低下させる。チャートから分かるように、第２の超格子ブロック２３２は、インサイチュ曲率の時間変化率が０未満になるように成長する。これは、第２のブロック２３２の平均アルミニウム含有量が第１のブロック２３１の平均アルミニウムの含有量よりも大きいためである。チャートはまた、インサイチュ曲率が正（凸形状）であるときおよびインサイチュ曲率が負（凹形状）であるときの構造のインサイチュ形状を概略的に示す。バッファ全体の厚さは～４．９μｍである。以下に示されるように、他の方法では、基板の塑性変形限界に達することなく、＞４μｍの厚さのＩＩＩ－Ｎ構造を成長させることは難しいかもしれない。

【0077】

図５は、開示された構造および方法の利点をさらに示す第２の例を概略的に示す。構造は次のとおりである。

【0078】

・厚さ１μｍの酸化物層によって厚さ１０７１μｍのＳｉ｛１００｝ハンドリングウエハに結合された厚さ１．５μｍのＳｉ｛１１１｝のＳＯＩ基板１００
・２００ｎｍ厚のＡｌＮ核形成層２１０
・５０ｎｍのＡｌ_０．７５ＧａＮ下部遷移層２２０
・超格子２３０：
・［５ｎｍのＡｌＮ／２８ｎｍのＡｌ_０．１５ＧａＮ］２層の超格子ユニットの５０回の繰り返しによって形成された１．６５μｍ厚の第１の超格子ブロック２３１（平均アルミニウム含有量ＡＬ％＝２８％に対応）
・［７ｎｍのＡｌＮ／２８ｎｍのＡｌ_０．１５ＧａＮ］２層の超格子ユニットを１５回繰り返して形成された０．５μｍ厚の第２の超格子ブロック２３２（平均アルミニウム含有量ＡＬ％＝３２％に対応）
・［４ｎｍのＡｌＮ／３０ｎｍのＡｌ_０．１ＧａＮ］２層の超格子ユニットの５０回の繰り返しによって形成された１．６５μｍ厚の第３の超格子ブロック２３３（平均アルミニウム含有量ＡＬ％＝２０．６％に対応）
・［５ｎｍのＡｌＮ／３０ｎｍのＡｌ_０．１ＧａＮ］２層の超格子ユニットの１５回の繰り返しによって形成された０．５μｍ厚の第４の超格子ブロック２３４（平均アルミニウム含有量ＡＬ％＝２２．９％に対応）
・１μｍ厚の炭素ドープＧａＮ上部遷移層２４０
・４００ｎｍのＧａＮチャネル層３００

【0079】

したがって、構造中に合計４つの超格子ブロックがある。各超格子ブロック中の平均アルミニウム含有量Ａｌ％を交互にすることによって、圧縮歪みおよび引張歪みの両方を導入することができ、その結果、～４．３μｍのかなり厚いＳＬ構造を成長させるときにインサイチュウエハ曲率を比較的低い値で増減することができる。結果として生じる最大のインサイチュ曲率は、この場合も、～６μｍのこの構造に対するウエハ塑性変形の限界を依然として下回っている。最終的なウエハのワープは、厚さがわずか～３μｍである基準１と比較してはるかに低いレベルにある。

【0080】

図６は、Ｓｉバルク基板用に設計されたバッファを直接ＳＯＩ基板に転写する第１の比較例を概略的に示す。ＳＯＩ基板６１０は、先の実施例と同じ構成であった。この構造はさらに、２００ｎｍのＡｌＮ核形成層６２０と、４０ｎｍのＡｌ_０．３ＧａＮ下部遷移層６３０と、［５ｎｍのＡｌＮ／２８ｎｍのＡｌ０．１ＧａＮ］２層の超格子ユニットの５０回の繰り返しによって形成された超格子６４０と、１μｍの炭素ドープＧａＮチャネル層６５０と、３００ｎｍのＧａＮ層６６０と、１８ｎｍのＡｌ_{０．１７５}ＧａＮ層６７０と、７０ｎｍのｐドープＧａＮ層６８０と、を含む。

【0081】

図６に示すように、合計スタックは～３．３μｍである。インサイチュウエハ曲率およびエクスサイチュエハのワープを２回の実行について要約する。各実験（“＃１”および“＃２”）において、１つのＳＯＩおよび１つのＳｉ基準基板を同時に反応器に入れた。ＳＯＩ基板のインサイチュウエハ曲率は、Ｓｉ基準基板と比較して著しく増加することが分かる。基板が塑性変形（すなわち、クラック）したとき、それはＳＯＩ基板について～８０ｋｍ^－１の非常に高い値に達した。ＳＯＩ基板のエクスサイチュウエハのワープもまた、Ｓｉ基板と比較してはるかに高い。

【0082】

図７は、従来の緩衝スキームを使用してより厚いエピ層を成長させるための課題を示す第２の比較例を概略的に示す。この例では、同じ実行でＳＯＩ基板とＳｉ基板の上にわずか～２．８μｍの段階的なバッファを成長させた。ＳＯＩ基板７１０は、先の例と同じ構成であった。構造はさらに、２００ｎｍのＡｌＮ層７２０と、３００ｎｍのＡｌ_０．４４ＧａＮ層７３０と、２μｍのＣドープＡｌ_０．０８ＧａＮ層７４０と、３００ｎｍのＧａＮ層７５０と、１２．５ｎｍのＡｌ_０．２５ＧａＮ層７６０と、７０ｎｍｐドープＧａＮ層７７０と、を含む。図７ｂのチャートでは、ポケットはエピタキシャルプロセス中のキャリア上のウエハの位置を示すラベルである。また、ＳＯＩ基板のインサイチュ曲率は、Ｓｉ基板よりもずっと高い。同じバッファスキームに従って、単に層の厚さを増すと、それはすぐに必然的に基板の塑性変形に対するインサイチュ曲率の限界に達するであろう。２つの標準（ＳＴＤ）Ｓｉは非常に類似した曲線を有するので、表はＳＴＤＳｉに対する単一のワープ値のみを示す。

【0083】

上記において、本発明の概念は、限られた数の例を参照して主に説明された。しかし、当業者には容易に理解されるように、添付の請求の範囲によって定義されるように、本発明の概念の範囲内で、上に開示されたもの以外の他の例も同様に可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図5a】

【図5b】

【図5c】

【図6a】

【図6b】

【図6c】

【図7a】

【図7b】

【図7c】