(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】2024-08-19
(45)【発行日】2024-08-27
(54)【発明の名称】半導体構造
(51)【国際特許分類】
H01L 21/20 20060101AFI20240820BHJP
H01L 21/205 20060101ALI20240820BHJP
C30B 29/38 20060101ALI20240820BHJP
【ＦＩ】
H01L21/20
H01L21/205
C30B29/38 D
【請求項の数】
14
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022205790
(22)【出願日】2022-12-22
(65)【公開番号】P2023099495
(43)【公開日】2023-07-13
【審査請求日】2023-01-17
(31)【優先権主張番号】111100021
(32)【優先日】2022-01-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW
(73)【特許権者】
【識別番号】515087558
【氏名又は名称】環球晶圓股▲ふん▼有限公司
【氏名又は名称原語表記】Ｇｌｏｂａｌ Ｗａｆｅｒｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．８ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅａｓｔ Ｒｏａｄ ２，Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ，Ｈｓｉｎｃｈｕ Ｃｉｔｙ， Ｔａｉｗａｎ
(74)【代理人】
【識別番号】100081961
【弁理士】
【氏名又は名称】木内 光春
(74)【代理人】
【識別番号】100112564
【弁理士】
【氏名又は名称】大熊 考一
(74)【代理人】
【識別番号】100163500
【弁理士】
【氏名又は名称】片桐 貞典
(74)【代理人】
【識別番号】230115598
【弁護士】
【氏名又は名称】木内 加奈子
(72)【発明者】
【氏名】林 伯融
(72)【発明者】
【氏名】施 英汝
(72)【発明者】
【氏名】曹 正翰
【審査官】桑原 清
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２１－１３４１２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１８２８７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－２０１５７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１１／０１６２１９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１９／１５６１２１（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／２０
Ｈ０１Ｌ ２１／２０５
Ｃ３０Ｂ ２９／３８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、前記基板上に設置された第１の窒化物層と、
前記第１の窒化物層の表面上に配置され、前記第１の窒化物層の非金属極性表面を金属極性表面に変換する極性反転層と、
前記極性反転層上に設置される第２の窒化物層と、
前記第２の窒化物層上に設置される第３の窒化物層と、を含み、
前記基板、前記第１の窒化物層、前記極性反転層、及び前記第２の窒化物層は鉄元素を含み、
前記第１の窒化物層は、鉄元素を含むアルミニウムシリコン窒化物を含み、前記第１の窒化物層中の鉄濃度は５Ｅ１６＃／ｃｍ ３ よりも大きい、半導体構造。
【請求項2】
前記第３の窒化物層は鉄元素を含む、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項3】
前記基板は、下部ベースと、前記下部ベースと前記第１の窒化物層との間の上部ベースとを含み、前記上部ベースの厚さは２５μｍから２００μｍである、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項4】
前記上部ベースの酸素濃度は、前記下部ベースの酸素濃度よりも低い、請求項３に記載の半導体構造。
【請求項5】
前記上部ベースの抵抗率は、前記下部ベースの抵抗率よりも高い、請求項３に記載の半導体構造。
【請求項6】
前記上部ベースの鉄濃度は、前記下部ベースの鉄濃度よりも高い、請求項３に記載の半導体構造。
【請求項7】
前記上部ベースにおいて、前記上部ベースと前記第１の窒化物層との間の界面から２μｍの深さまでのアルミニウム濃度が１Ｅ１７＃／ｃｍ３未満である、請求項３に記載の半導体構造。
【請求項8】
前記上部ベースにおいて、前記上部ベースと前記第１の窒化物層との間の界面から２μｍの深さまでの鉄濃度が１Ｅ１４＃／ｃｍ３よりも大きい、請求項３に記載の半導体構造。
【請求項9】
前記極性反転層が鉄元素を含み、前記極性反転層の鉄濃度が５Ｅ１７ ＃／ｃｍ３よりも大きい、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項10】
前記第２の窒化物層が鉄元素を含む窒化アルミニウムを含み、前記第２の窒化物層中の鉄濃度が５Ｅ１７ ＃／ｃｍ３よりも大きい、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項11】
前記第２の窒化物層は、両者の成長温度の温度差が５０℃よりも大きい低温窒化アルミニウム層及び高温窒化アルミニウム層を含み、前記高温窒化アルミニウム層は前記低温窒化アルミニウム層上に配置される、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項12】
前記低温窒化アルミニウム層は鉄元素を含み、前記高温窒化アルミニウム層は鉄元素を含まない、請求項１１に記載の半導体構造。
【請求項13】
前記基板表面内のキャリア濃度が１Ｅ１５ ＃／ｃｍ３以下である、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項14】
基板と、前記基板上に配置された第１の窒化物層であって、前記基板は、下部ベースと、前記下部ベースと前記第１の窒化物層との間の上部ベースとを含み、前記上部ベースにおいて、前記上部ベースと前記第１の窒化物層との間の界面から２μｍの深さまでのアルミニウム濃度が１Ｅ１７ ＃／ｃｍ３未満であり、前記上部ベースと前記第１の窒化物層との間の界面から２μｍの深さまでの鉄濃度が１Ｅ１４ ＃／ｃｍ３より大きい第１の窒化物層と、
前記第１の窒化物層の表面上に配置され、前記第１の窒化物層の非金属極性表面を金属極性表面に変換する極性反転層と、
前記極性反転層上に配置される第２の窒化物層と、
前記第２の窒化物層上に配置される第３の窒化物層と、を含み、
前記基板、前記第１の窒化物層、前記極性反転層、及び前記第２の窒化物層は鉄元素を含む、半導体構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体構造に関し、特に鉄元素を含む半導体構造に関する。
【背景技術】
【0002】
窒化ガリウム（ＧａＮ）素子は、高周波と高出力という利点を有する。
【0003】
高周波パワー素子の用途において、ガン・オン・シリコン（ＧａＮ－ｏｎ－Ｓｉ）に用いられるシリコン基板の抵抗率は比較的高いため、寄生チャネル（ｐａｒａｓｉｔｉｃ ｃｈａｎｎｅｌ）の発生により、シリコン基板内の素子の高周波特性の挿入損失（Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ Ｌｏｓｓ）が発生しやすくなる。挿入損失を抑制するには、通常、シリコン窒化膜や深準位ドーパント（ｄｅｅｐ－ｌｅｖｅｌ ｄｏｐａｎｔ）を用いて挿入損失を抑制する。窒化シリコン層が存在すると、ＧＡＮエピタキシャル層を平坦に成長させることができないという問題が生じやすい。さらに、過度の深準位ドーパントは、ＧＡＮエピタキシャルの表面を粗くし、それによって ＧＡＮのエピタキシャル品質を損なわせる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、寄生チャネルの発生を抑制することができる半導体構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、基板と、第１の窒化物層と、極性反転層と、第２の窒化物層と、第３の窒化物層と、を含む半導体構造を提供する。第１の窒化物層は基板上に配置される。極性反転層は、第１の窒化物層の表面上に配置され、第１の窒化物層の非金属極性表面を極性反転層の金属極性表面に変換する。第２の窒化物層は、極性反転層上に配置される。第３の窒化物層は、第２の窒化物層上に配置される。基板、第１の窒化物層、極性反転層、第２の窒化物層は、鉄元素を含む。
【0006】
本発明の一実施形態において、第３の窒化物層は鉄元素を含む。
【0007】
本発明の一実施形態において、基板は、下部ベースと、下部ベースと第１の窒化物層との間の上部ベースを含む。上部ベースの厚さは、２５μｍ～２００μｍである。
【0008】
本発明の一実施形態において、上部ベースの酸素濃度は、下部ベースの酸素濃度より低い。
【0009】
本発明の一実施形態において、上部ベースの抵抗率は、下部ベースの抵抗率よりも高い。
【0010】
本発明の一実施形態において、上部ベースの鉄濃度は、下底の下部ベースよりも高い。
【0011】
本発明の一実施形態において、上部ベースにおいて、上部ベースと第１の窒化物層との間の界面から２μｍの深さまでのアルミニウム濃度は、１Ｅ１７ ＃／ｃｍ３未満である。
【0012】
本発明の一実施形態において、上部ベースにおいて、上部ベースと第１の窒化物層との間の界面から２μｍの深さまでの鉄濃度は、１Ｅ１４ ＃／ｃｍ３よりも大きい。
【0013】
本発明の一実施形態において、第１の窒化物層は鉄元素を含むアルミニウムシリコン窒化物を含み、第１の窒化物層中の鉄濃度は、５Ｅ１６ ＃／ｃｍ３よりも大きい。
【0014】
本発明の一実施形態において、極性反転層は鉄元素を含む金属層を含み、極性反転層の鉄濃度は５Ｅ１７ ＃／ｃｍ３よりも大きい。
【0015】
本発明の一実施形態において、第２の窒化物層は鉄元素を含む窒化アルミニウムを含み、第２の窒化物層中の鉄濃度は、５Ｅ１７ ＃／ｃｍ３よりも大きい。
【0016】
本発明の一実施形態において、第２の窒化物層は、低温窒素窒化アルミニウム層と、低温窒素窒化アルミニウム層上に配置される高温窒素窒化アルミニウム層とを含み、高温窒化アルミニウム層の成長温度と、低温窒化アルミニウム層の成長温度との温度差は、約５０℃を超える。
【0017】
本発明の一実施形態において、基板表面内のキャリア濃度は、１Ｅ１５ ＃／ｃｍ３以下である。
【0018】
本発明は、基板と、第１の窒化物層と、金属層と、第２の窒化物層と、第３の窒化物層と、を含む半導体構造を提供する。第１の窒化物層は、基板上に配置される。基板は、下部ベースと、下部ベースと第１の窒化物層との間の上部ベースとを含む。上部ベースにおいて、上部ベースと第１の窒化物層との間の界面から２μｍの深さまでのアルミニウム濃度は、１Ｅ１７ ＃／ｃｍ３未満であり、上部ベースと第１の窒化物層との間の界面から２μｍの深さまでの鉄濃度は、１Ｅ１４＃／ｃｍ３より大きい。金属層は、第１の窒化物層の表面上に配置され、第１の窒化物層の非金属極性表面を金属層の金属極性表面に変換する。第２の窒化物層は、金属層上に配置される。第３の窒化物層は第２の窒化物層上に配置される。基板、第１の窒化物層、金属層及び第２の窒化物層は、鉄元素を含む。
【発明の効果】
【0019】
以上により、本発明の半導体構造における基板と、第１の窒化物層と、極性反転層と、第２の窒化物層は、鉄元素を含む。したがって、鉄元素は、構造において深準位ドーパントを生成し、寄生チャネルの生成を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の一実施形態による半導体構造の断面概略図である。
【図2】本発明の一実施形態による半導体構造の断面概略図である。
【図3】本発明の一実施形態による半導体構造の断面概略図である。
【図4】異なる構造による基板キャリア濃度と深さのグラフである。
【図5】本発明の比較例による半導体構造の断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
図１は、本発明の一実施形態による半導体構造の断面概略図である。
【0022】
図１を参照されたい。本実施形態の半導体構造は、基板１００と、第１の窒化物層１０２と、極性反転層１０４と、第２の窒化物層１０６と、第３の窒化物層１０８と、を含む。
【0023】
前記基板１００は、例えばシリコン基板である。本実施形態において、基板１００は、下部ベースＳ１と、下部ベースＳ１と第１の窒化物層１０２との間の上部ベースＳ２を含む。上部ベースＳ２の厚さは、２５μｍ～２００μｍであり、好ましくは２５μｍ～１００μｍであり、より好ましくは４５μｍ～５５μｍである。本実施形態において、下部ベースＳＳ１と上部ベースＳ２は異なる特性を有する。例えば、下部ベースＳ１の曲げ強度は上部ベースＳ２の曲げ強度より高く、上部ベースＳ２の酸素濃度は下部ベースＳ１の酸素濃度よりも低く、上部ベースＳ２の抵抗率は下部ベースＳ１の抵抗率よりも高い。いくつかの実施形態において、下部ベースＳ１の曲げ強度は２０Ｎから２００Ｎであり、それにより製造工程中に前記基板１００が変形するのを防止する。いくつかの実施形態において、前記上部ベースＳ２の酸素濃度は５ｐｐｍａ未満であり、前記上部ベースＳ２の抵抗率は１，０００オーム・ｃｍよりも大きい。
【0024】
いくつかの実施形態において、上部ベースＳ２と下部ベースＳ１は、それぞれ別の工程で形成され、その後、上部ベースＳ２と下部ベースＳ１は接着またはプレスされる。いくつかの実施形態において、上部ベースＳ２の形成方法としては、例えば、横磁場印加チョクラルスキー（Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ，ＭＣＺ）法、フローティングゾーン（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｚｏｎｅ，ＦＺ）法等が挙げられ、下部ベースＳ１の形成方法としては、例えば、チョクラルスキー（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ，ＣＺ）法またはその他の方法が挙げられる。特性の異なる下部ベースＳ１と上部ベースＳ２を組み合わせることにより、半導体構造の強度とその後の薄膜プロセスの歩留まりを維持することを前提として、半導体構造の製造コストを削減することができる。
【0025】
その他の実施形態において、まず、下部ベースＳ１を形成し、次いで薄膜蒸着プロセスによって下部ベースＳ１上に上部ベースＳ２を形成する。例えば、上部ベースＳ２は、化学気相蒸着法によって下部ベースＳ１上に形成される。
【0026】
本実施形態において、基板１００は、意図しない方法により鉄元素を含む。いくつかの実施形態において、鉄元素は上部ベースＳ２に存在し、下部ベースＳ１に選択的に存在する。上部ベースＳ２の鉄濃度は、下部ベースＳ１の鉄濃度より高く、下部ベースＳ１は選択的に鉄元素を含むか含まない。いくつかの実施形態において、上部ベースＳ２において、上部ベースＳ２と第１の窒化物層１０２との間の界面から２μｍの深さまでの鉄濃度は、１Ｅ１４＃／ｃｍ３より大きく、例えば、１Ｅ１４＃／ｃｍ３超１Ｅ１９＃／ｃｍ３未満、１Ｅ１４＃／ｃｍ３超１Ｅ１８＃／ｃｍ３未満、１Ｅ１４＃／ｃｍ３超１Ｅ１７＃／ｃｍ３未満である。上部ベースＳ２と第１の窒化物層１０２との間の界面から２μｍの深さまでの鉄濃度が１Ｅ１４＃／ｃｍ３未満である場合、基板１００中の鉄元素は寄生チャネルを抑制する能力を十分に有していない。上部ベースＳ２と前記第１の窒化物層１０２との間の界面から２μｍの深さまでの鉄濃度が１Ｅ１９＃／ｃｍ３を超えると、ＧａＮエピタキシャル表面が粗くなり、その後のエピタキシャル品質が損なわれる。
【0027】
いくつかの実施形態において、前記基板１００は、意図しない方法によりアルミニウム元素を含む。いくつかの実施形態において、上部ベースＳ２において、上部ベースＳ２と第１の窒化物層１０２との間の界面から２μｍの深さまでのアルミニウム濃度は、１Ｅ１７＃／ｃｍ３未満であり、例えば、１Ｅ１７＃／ｃｍ３未満１Ｅ１３＃／ｃｍ３超、または、１Ｅ１６＃／ｃｍ３未満１Ｅ１３＃／ｃｍ３超である。上部ベースＳ２と第１の窒化物層１０２との間の界面から２μｍの深さまでのアルミニウム濃度が１Ｅ１７＃／ｃｍ３よりも大きい場合、寄生チャネルが形成されるので、基板１００内のアルミニウム濃度が小さいほど、より好ましい。いくつかの実施形態において、基板１００の表面内のキャリア濃度は１Ｅ１５＃／ｃｍ３以下である。
【0028】
第１の窒化物層１０２は、基板１００上に設置される。例えば、第１の窒化物層１０２は、基板１００上に直接形成される。前記第１の窒化物層１０２の厚さは、０．１ｎｍから５ｎｍの間であり、好ましくは０．１ｎｍから３ｎｍの間である。
【0029】
本実施形態において、第１の窒化物層１０２は鉄元素を含む。例えば、第１の窒化物層１０２は、鉄元素を含むアルミニウムシリコン窒化物を含む。第１の窒化物層の鉄濃度は、５Ｅ１６＃／ｃｍ３よりも大きく、例えば、５Ｅ１６＃／ｃｍ３超１Ｅ１９＃／ｃｍ３未満、５Ｅ１６＃／ｃｍ３超１Ｅ１８＃／ｃｍ３未満、または５Ｅ１６＃／ｃｍ３超１Ｅ１７＃／ｃｍ３未満である。いくつかの実施形態において、第１の窒化物層１０２を形成する方法は、基板１００上に窒化ケイ素を生成し、次に、極性反転層１０４及び第２の窒化物層１０６中のアルミニウム元素および鉄元素を窒化ケイ素中に拡散させて、鉄元素を含むアルミニウムケイ素窒化物、すなわち第１の窒化物層１０２を形成することを含む。
【0030】
図１を参照されたい。極性反転層１０４は、第１の窒化物層１０２の表面上に設置される。例えば、極性反転層１０４は、第１の窒化物層１０２の表面上に直接形成され、第１の窒化物層１０２の非金属極性表面を極性反転層１０４の金属極性表面に変換する。いくつかの実施形態において、極性反転層１０４の厚さは、約１ｎｍ未満であり、好ましくは、０．７ｎｍ、０．６ｎｍ、０．５ｎｍ、０．４ｎｍなど、０．８ｎｍ未満である。いくつかの実施形態において、極性反転層１０４中の金属元素が第１の窒化物層１０２に拡散し、１の窒化物層１０２の非金属極性表面が金属極性表面に変換され、これにより、その後に成長する窒化物層の表面平坦性が向上される。
【0031】
いくつかの実施形態において、極性反転層１０４は金属層である。例えば、極性反転層１０４を形成する方法は、第１の窒化物層１０２の表面に金属材料を直接蒸着（ｄｅｐｏｓｉｔｅ）することを含む。いくつかの実施形態において、極性反転層１０４は、鉄元素を含む金属層を含む。例えば、極性反転層１０４は、鉄元素、アルミニウム、インジウム、及びガリウムなどの他の金属元素を含む。いくつかの実施形態において、極性反転層１０４内の鉄濃度は、５Ｅ１７ ＃／ｃｍ３よりも大きく、例えば、５Ｅ１７ ＃／ｃｍ３超１Ｅ１９ ＃／ｃｍ３未満である。本実施形態において、極性反転層１０４中の鉄元素は、極性反転層１０４の蒸着中または後続する熱処理工程中に基板１００などの他のフィルム層に拡散し、深準位ドーパントを生成し、寄生チャネルの生成を抑制する。
【0032】
いくつかの実施形態において、極性反転層１０４中の鉄元素は、第１の窒化物層１０２及び基板１００に拡散する。言い換えれば、極性反転層１０４を蒸着する前に、第１の窒化物層１０２及び基板１００は鉄元素を含まないが、本発明はこれに限定されない。その他の実施形態において、極性反転層１０４を形成する前に、第１の窒化物層１０２及び基板１００は鉄元素を含む。例えば、鉄元素を含む第１の窒化物層１０２は、基板１００上に直接蒸着される。
【0033】
引き続き、図１を参照されたい。第２の窒化物層１０６は極性反転層１０４上に配置され、第３の窒化物層１０８は第２の窒化物層１０６上に配置される。一実施形態では、第２の窒化物層１０６は窒化アルミニウムの単層または多層であってもよい。一実施形態では、第２の窒化物層１０６の厚さは１００ｎｍ未満であり、好ましくは５０ｎｍ未満、例えば２５ｎｍ未満である。
【0034】
本実施形態において、第２の窒化物層１０６は鉄元素を含む。例えば、第２の窒化物層１０６は鉄元素を含む窒化アルミニウムを含み、第２の窒化物層１０６中の鉄濃度は５Ｅ１７＃／ｃｍ３よりも大きく、例えば、５Ｅ１７＃／ｃｍ３超１Ｅ１９＃／ｃｍ３未満、８Ｅ１７＃／ｃｍ３超１Ｅ１９＃／ｃｍ３未満、１Ｅ１８＃／ｃｍ３超１Ｅ１９＃／ｃｍ３未満である。いくつかの実施形態において、第２の窒化物層１０６中の鉄元素は、極性反転層１０４に由来するが、本発明はこれに限定されない。その他の実施形態において、鉄元素を含む第２の窒化物層１０６は、極性反転層１０４上に直接蒸着される。
【0035】
第３の窒化物層１０８は多層構造を含み、第３の窒化物層１０８の厚さは、例えば、０．１μｍから１０μｍの間であり、好ましくは１μｍから８μｍの間である。本実施形態において、第３の窒化物層１０８は、窒化アルミニウムガリウム、窒化アルミニウム、および窒化ガリウムのすべての組み合わせを含む。例えば、図１の第３の窒化物層１０８は、窒化アルミニウムガリウム層１１４と窒化ガリウム層１１６との組み合わせであり、窒化アルミニウムガリウム層１１４のガリウム濃度は、第２の窒化物層１０６から窒化ガリウム層１１６まで段階的に増加するか、または連続的に増加することができる。しかしながら、本発明はこれに限定されない。その他の実施形態において、本発明の第３の窒化物層は、超格子構造、傾斜層構造、挿入層構造、または上記構造の組み合わせをさらに含むことができる。
【0036】
いくつかの実施形態において、第３の窒化物層１０８は鉄元素を選択的に含む。
【0037】
本実施形態において、基板１００、第１の窒化物層１０２、極性反転層１０４、第２の窒化物層１０６、及び第３の窒化物層１０８は、連続または不連続な鉄元素分布を含む。具体的には、「連続的な鉄元素分布」は、フィルム層全体が同じ鉄元素濃度を有するドープ領域であること、またはフィルム層において異なる鉄元素濃度のドープ領域が接続され、ただし、異なる鉄元素濃度のドープ領域は、傾斜または非傾斜濃度の鉄元素ドープ領域であり得ることを意味し得る。加えて、「不連続な鉄元素分布」とは、フィルム層が鉄元素を含まない領域と鉄元素を含む領域を含むことを意味する。
【0038】
図２は、本発明の一実施形態による半導体構造の断面概略図である。留意すべき点として、図２の実施形態では、図１の実施形態の符号およびいくつかの内容を引き続き使用する。ここで、同一または類似の要素には同一または類似の符号を使用し、同一または類似の技術的内容についての説明は省略する。省略された部分の説明については、上記の実施形態を参照することができ、ここでは繰り返さない。
【0039】
【0040】
図２を参照されたい。第１の窒化アルミニウム層１１０は、極性反転層１０４上に設置され、第２の窒化アルミニウム層１１２は、第１の窒化アルミニウム層１１０と第３の窒化層１０８との間に設置される。本実施形態において、挿入損失及び界面キャリア濃度を抑制する観点から、第１の窒化アルミニウム層１１０は低温窒化アルミニウム（ＬＴ ＡｌＮ）層であることが好ましく、第２の窒化アルミニウム層１１２は高温窒化アルミニウム（ＨＴ ＡｌＮ）層であることが好ましい。ここで、高温窒化アルミニウム層の成長温度と低温窒化アルミニウム層の成長温度との温度差は、５０℃を超え、好ましくは１００℃を超える。加えて、本実施形態において、低温窒化アルミニウム層を用いることにより、寄生チャネルの発生をさらに抑制することができる。
【0041】
本実施形態において、低温窒化アルミニウム層の厚さは、高温窒化アルミニウム層の厚さよりも小さいことが好ましく、低温窒化アルミニウム層の厚さは、例えば、１ｎｍから５０ｎｍの間であり、好ましくは５ｎｍから２５ｎｍの間である。そして、高温窒化アルミニウム層の厚さは、例えば、１ｎｍから５０ｎｍの間であり、好ましくは１０ｎｍから３５ｎｍの間である。
【0042】
本実施形態において、第１の窒化アルミニウム層１１０及び第２の窒化アルミニウム層１１２は、連続的または不連続な鉄元素分布を含む。
【0043】
図３は、本発明の一実施形態による半導体構造の断面概略図である。留意すべき点として、図３の実施形態では、図２の実施形態の符号およびいくつかの内容を引き続き使用する。ここで、同一または類似の要素には同一または類似の符号を使用し、同一または類似の技術的内容についての説明は省略する。省略された部分の説明については、上記の実施形態を参照することができ、ここでは繰り返さない。
【0044】
【0045】
図３を参照されたい。いくつかの実施形態において、第１の窒化アルミニウム層１１０は低温窒化アルミニウム層であり、第２の窒化アルミニウム層１１２は高温窒化アルミニウム層であり、低温窒化アルミニウム層は鉄元素を含み、高温窒化アルミニウム層は鉄元素を含まないが、本発明はこれに限定されない。その他の実施形態において、第１の窒化アルミニウム層１１０及び第２の窒化アルミニウム層１１２は同じプロセス温度で形成され（例えば、両方とも高温窒化アルミニウム層である）、第１の窒化アルミニウム層１１０は鉄元素を含み、第２の窒化アルミニウム層１１２は鉄元素を含まない。
【0046】
【0047】
図４は、３つの異なる半導体構造の基板キャリア濃度及び深さの曲線を含む。図４において、構造１および構造２は、構造３の実施形態によってもたらされる効果を比較するために使用されるが、これは、本発明が構造３の実施形態に限定されることを意味しない。
【0048】
図２に示されるように、構造１は、上から下に、基板１００（シリコン基板）、第１の窒化層１０２（アルミニウムシリコン窒化物）、極性反転層１０４、第２の窒化物層１０６（低温窒化アルミニウム及び高温窒化アルミニウムを含む）、及び第３の窒化物層１０８を含む。ただし、図２に関する前の説明と異なる点は、構造１の基板１００、第１の窒化層１０２、極性反転層１０４、第２の窒化層１０６、及び第３の窒化層１０８が鉄元素を含まないことである。図４より分かるように、構造１において、基板表面（深さ０）のキャリア濃度は２．５Ｅ１４＃／ｃｍ３である。
【0049】
図５に示されるように、構造２は、上から下に、基板１００（シリコン基板）、第２の窒化物層１０６（低温窒化アルミニウム及び高温窒化アルミニウムを含む）、及び第３の窒化物層１０８を含む。構造２と構造１との差は、構造２は、第１の窒化層１０２及び極性反転層１０４を有さず、且つ構造２のシリコン基板及び第２の窒化層１０６は鉄元素を含むことにある。図４より分かるように、構造２において、基板表面（深さ０）のキャリア濃度は、４．４Ｅ１４＃／ｃｍ３である。
【0050】
なお、図２に示されるように、構造３は、上から下に、基板１００（シリコン基板）、第１の窒化物層１０２（アルミニウムシリコン窒化物）、極性反転層１０４、第２の窒化物層１０６（低温窒化アルミニウム及び高温窒化アルミニウムを含む）、及び第３の窒化物層１０８を含む。構造３と構造１との差は、構造３の基板１００、第１の窒化物層１０２、極性反転層１０４、及び第２の窒化物層１０６は、鉄元素を含むことである。
【0051】
図４より分かるように、構造３においては、シリコン基板へのアルミニウム元素の拡散をブロックするために窒化アルミニウムを使用することに加えて、鉄元素によって形成される深準位ドーパントを使用して、キャリア濃度を低減することもできる。したがって、構造３のシリコン基板表面のキャリア濃度は、構造２及び構造１よりも低く、寄生チャネルの発生を抑制することができる。構造３では、基板表面内のキャリア濃度は１Ｅ１５＃／ｃｍ３以下である。具体的には、構造３において、基板表面（深さ０）のキャリア濃度は７．６Ｅ１３＃／ｃｍ３であり、構造１及び構造２の基板表面のキャリア濃度よりも低くなっている。
【0052】
以上をまとめると、本発明の半導体構造において、基板、第１の窒化物層、極性反転層、及び第２の窒化物層は、連続的または不連続な鉄元素分布を含むので、鉄元素により寄生チャネルの発生を抑制することができる。また、低温窒素アルミニウム窒化物層と高温窒素アルミニウム窒化物層とからなる第２の窒化物層によって、界面キャリア濃度を抑制し、挿入損失を低減することができる。 本発明の半導体構造は、半導体エピタキシーの分野で使用することができ、本発明によって製造されるガン・オン・シリコンは、無線周波数（ＲＦ）素子に応用することができる。
【0053】
本発明を上記の実施形態により開示したが、実施形態は本発明を限定することを意図したものではない。当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、いくつかの変更および修正を行うことができる。したがって、開示の保護範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義されるものとする。
【産業上の利用可能性】
【0054】
本発明の半導体構造は、高周波パワー素子に応用することができる。
【符号の説明】
【0055】
１００： 基板
１０２：第１の窒化層
１０４：極性反転層
１０６：第２の窒化層
１０８：第３の窒化物層
１１０：第１の窒化アルミニウム層
１１２：第２の窒化アルミニウム層
１１４：窒化アルミニウムガリウム層
１１６：窒化ガリウム層
Ｓ１：下部ベース
Ｓ２：上部ベース
１０２：第１の窒化層
１０４：極性反転層
１０６：第２の窒化層
１０８：第３の窒化物層
１１０：第１の窒化アルミニウム層
１１２：第２の窒化アルミニウム層
１１４：窒化アルミニウムガリウム層
１１６：窒化ガリウム層
Ｓ１：下部ベース
Ｓ２：上部ベース
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
