JP2009545140A - 基板上への単結晶GeNの成長 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の具体例かかる方法を用いて、少なくともGe表面を含む基板の上に単結晶GeN層を形成する工程と、
単結晶GeN層の上に金属コンタクトを形成する工程と、を含むものであっても良い。
本発明の具体例にかかる方法を用いて、少なくともGe表面を含む基板の上に単結晶GeN層を形成する工程と、
GeN層の上に少なくとも1つのIII族−窒化物層を形成する工程と、を含むものであっても良い。
少なくともGe表面を含む基板と、
基板のGe表面の上で、これと直接接触する単結晶GeN層と、を含む構造を提供するものでもある。
更に好適には0.5nmと1000nmの間、0.5nmと500nmの間、0.5nmと100nmの間、0.5nmと20nmの間、0.5nmと10nmの間、0.5nmと2nmの間、または1原子層と5原子層の間に相当する膜厚でも良い。必要な堆積時間は、堆積速度により規定され、特定の応用ではGaN層5に要求される膜厚で規定される。GeN層4のスムースな表面は、その後に形成されるGaN層5が、確実に良好な結晶品質を有するようにする。
第1の実験では、C−V測定へのGeN層4の存在の影響が測定され、本発明の具体例にかかる方法で形成された単結晶GeN層4は、Ge表面3に存在する表面状態を「保護することが示される。
第2の実験では、Au/GeN/Geダイオードが形成される(図3参照)。Ge(111)基板1は700℃と800℃の間の温度で窒化され、基板1上に単結晶GeN層4が形成される。続いて、GeN層4の上にレジストが堆積された。フォトリソグラフィの手段で、レジストは、異なる直径を有する円形状にパターニングされた。Au層がこの構造上に堆積された。残りのレジストが除去され、円形のAuコンタクト12が残された。続いて、Auコンタクトの周囲のGeN層4を除去して、メサがエッチングされた。これにより、直径の異なるAuコンタクト6、7が形成された。I−V測定が行われた場合、これにより、異なったドット/コンタクトサイズに対する、異なった電流値となるが、電流密度は等しくなる。
第3の実験では、30分間、GeN層4がn型Ge(111)基板1の上に形成される。8e15から8e16キャリア/cm3のキャリア密度を有するn型Ge(111)基板1が、金属有機物化学気相成長(MOCVD)装置に入れられた。次に、基板1が
800℃に加熱され、一方、30分間、8slm(Standard Litre per minute)のアンモニア流に晒された。分光偏光解析が、Ge基板1上に薄いGeN層4が形成されたことを示した。500μmの直径を有し、その上に100nm膜厚のAu層を有する100nm膜厚のAl層を含むコンタクトが、GeN層4の上に形成された。I−V測定が、GeN/Ge上の500μm直径のコンタクトと、Ge基板1の裏面との間で行われた(図7参照)。また、I−V測定が、2つの500μm直径のコンタクトの間で行われた(図8参照)。
この第4の実験では、n型Ge基板1の窒化の影響が、金属コンタクト6、7の特性に関して分析された。それゆえに、窒化した、および窒化しない試料のI−V特性が、異なった金属、即ち、Al、Au、Cr、Ptについて比較され、基板1とコンタクト6、7の間の単結晶GeN層4の存在の、I−V測定への影響が調べられた。I−V測定は、2つのコンタクト6、7の間と同様に、1つの金属コンタクト6と、Ge基板1の裏面コンタクト20との間で行われた。
の影響とともに、調査された。
GeN/Ge基板上にAlコンタクトに対して実験4で上述したデータを、低抵抗の目的でn−Geと接触するためにしばしば使用される他のコンタクトのデータと比較した。Ge上のコンタクト抵抗を下げるために、AuGe/Ni/AuやNiのような使用される金属の特別な選択が行われ、更なる抵抗の低減のために、コンタクトの形成後にアニールが組みあわされた。
実験6では、n型Ge(111)基板1が700℃と800℃の間の高温で窒化され、基板1の上に薄い単結晶GeN層4を形成する。GeN層4の存在は、RHEED測定および分光偏光解析により確認された。試料は、2%HF溶液に、1分間浸責された。分光偏光解析は、この浸責後に、GeN層4の除去を示した。試料は、次に、UHV装置に入れられた。試料は、約350℃で10分間アニールされ、試料の脱ガスが行われた。RHEED測定はGeN層4の除去とGe表面の良好な再構造化を示した。
この実験では、良好な品質の層が、本発明の具体例にかかる方法で形成された単結晶GeN層4の上に堆積または成長された。それゆえに、GaN層5がGeN/Ge(111)基板の上に成長され、このGaN層5の結晶品質が研究された。第1にGe(111)基板1が洗浄され、基板1の表面に存在する例えば酸化物および/または有機材料が除去された。
この実験では、InN層が実験9で得られた構造と同じ構造の上に成長させ、言い換えれば、GaN/GeN/Ge構造の上にInN層が成長させられた。この例では、GaN層5は5nmの膜厚を有し、GaN層5の上のInN層は50nmの膜厚を有する。839秒角のオメガ/2シータFWHMと、903秒角のオメガスキャンFWHMが測定された。
更なる例では、GeN/Ge(111)上へのAlNの成長が研究された。それゆえに、基板1の窒化後に、約97nm膜厚のAlN層が、Ge(111)基板1の上も成長された。約248秒角のオメガ/2シータスキャンのFWHMが観察された。オメガスキャンのFWHMは、約1828秒角であった。Ge上に成長したGaNに比較した場合、結晶品質は低い。にもかかわらず、本発明の具体例にかかる方法を用いてGeN層4が形成された場合、GeN/Ge基板の上に結晶AlNが成長できることが立証された。
本発明の具体例にかかる方法を用いて、即ち、最初にGe基板1上にGeN層4を形成することにより、Ge基板1の上にInNを成長することが可能なことが、更に示された。この実験では、InN層の成長が、ベアのGe基板の上と同様に、GeN/Ge基板の上でも行われた。双方の場合において、即ち、窒化が行われた場合と、窒化が行われなかった場合の双方で、InNの成長が250℃と350℃の間の温度で行われた。
更なる実験では、約8%のAl、および約92%のGaを含むAlGaN層が、約750℃の温度で、GeN/Ge基板上に形成された。この場合のAlGaNの品質は、同等の膜厚のGaN層の品質よりわずかに劣るが、なおも非常に良好である。オメガ/2シータスキャンでは、AlGaNピークは、純粋のGaNに比較して少し右に動いた。なぜならば、合金中に追加のAlが存在するためである。この実験から、本発明の具体例にかかる方法を用いて形成されたGeN/Ge基板上に、高品質のAlGaNが成長できることがわかる。
最後の実験では、本発明の具体例にかかる方法を用いて基板1の上にGeN層4を形成した後に、(110)方向に約4.7°のミスオリエンテーションを有するGe(111)基板1の上に、約300nm膜厚のGaN層5が成長される。基板温度と窒素ガス流は、良好な結晶品質が得られるように最適化された。[0002]軸回りのファイスキャン(phi scan)(図17参照)が行われた。オメガ/2シータスキャンでは、軸上のGe(111)基板に対する2つの代わりに、1つのGaNピークのみが観察された。異なったピークは、相の面内で回転した、異なったGaN相の存在を表す。1つのピークのみが存在するという事実は、1つのGaN相のみが存在することを示す。これは、軸上の基板の2つに代えて1つのGaN相を得るために、オフカットGe(111)基板1が使用できることを示す。
Claims (31)
- 基板(1)の上に単結晶GeN層(4)を形成する方法であって、基板(1)は少なくともGe表面(3)を含み、
この方法は、基板(1)を550℃と940℃の間の温度に加熱するとともに、基板(1)を窒素ガス流に晒す工程を含む方法。 - 基板(1)は、少なくとも六方晶構造のGe表面(3)を含む請求項1に記載の方法。
- Ge表面(3)は、0°と15°の間のオフカットの(111)オリエンテーションを有する請求項1または2に記載の方法。
- 基板(1)を窒素ガス流に晒す工程は、N2またはNH3を含む窒素ガス流に基板(1)を晒すことにより行われる請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 更に、プラズマを供給するとともに、基板(1)を窒素ガス流に晒す工程を含む請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- Ge表面(3)は、基板(1)の加熱により再構造化される請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
- 更に、GeN層(4)をパターニングする工程を含む請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
- 更に、単結晶GeN層(4)を形成した後に、基板を650℃より低い温度まで冷却する間、窒素ガス流を維持する工程を含む請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
- 基板(1)上に金属コンタクト(6、7)を形成する方法であって、
請求項1〜8のいずれかにかかる方法を用いて、少なくともGe表面(3)を含む基板(1)の上に単結晶GeN層(4)を形成する工程と、
単結晶GeN層(4)の上に金属コンタクト(6、7)を形成する工程と、を含む方法。 - 単結晶GeN層(4)の上に金属コンタクト(6、7)を形成する工程は、金属コンタクト(6、7)がオーミックコンタクトとなるように行われる請求項9に記載の方法。
- 単結晶GeN層(4)の上に金属コンタクト(6、7)を形成する工程は、金属コンタクト(6、7)がショットキコンタクトとなるように行われる請求項9に記載の方法。
- 基板(1)上に少なくとも1つのIII族−窒化物層を形成する方法であって、
請求項1〜8のいずれかにかかる方法を用いて、少なくともGe表面(3)を含む基板(1)の上に単結晶GeN層(4)を形成する工程と、
単結晶GeN層(4)の上に少なくとも1つのIII族−窒化物層を形成する工程と、を含む方法。 - 単結晶GeN層(4)の上に少なくとも1つのIII族−窒化物層を形成する工程は、550℃と850℃の間の堆積温度で、少なくとも1つのIII族−窒化物層を堆積させて行われる請求項12に記載の方法。
- 更に、少なくとも1つのIII族−窒化物層の、少なくとも1つをパターニングする工程を含む請求項12または13に記載の方法。
- 半導体プロセスでの、請求項1〜14に記載のいずれかに記載の方法の使用。
- ジャンクションダイオードを作製する製造プロセスでの、請求項1〜14に記載のいずれかに記載の方法の使用。
- 少なくともGe表面(3)を含む基板(1)と、
基板(3)のGe表面(3)の上で、これと直接接触する単結晶GeN層(4)と、を含む構造。 - Ge表面(3)は、六方対称を有する請求項17に記載の構造。
- Ge表面(3)は、(111)オリエンテーションを有する請求項17または18に記載の構造。
- Ge表面(3)は、0°と15°の間のオフカットの(111)オリエンテーションを有する請求項19に記載の構造。
- 単結晶GeN層(4)は、0.3nmと10nmの間の膜厚を有する請求項17〜20のいずれかに記載の構造。
- 単結晶GeN層(4)がパターニングされた請求項17〜21のいずれかに記載の構造。
- 更に、単結晶GeN層(4)に直接接続された金属コンタクト(6、7)を含む請求項17〜22のいずれかに記載の構造。
- コンタクトがオーミックコンタクトである請求項23に記載の構造。
- コンタクトがショットキコンタクトである請求項23に記載の構造。
- 更に、GeN層(4)の上に、少なくとも1つの絶縁層を堆積させる請求項17〜25のいずれかに記載の構造。
- 少なくとも1つの絶縁層は、SiN、SiO、HfO、および有機材料からなるグループから選択される請求項26に記載の構造。
- 更に、単結晶GeN層(4)の上に、少なくとも1つのIII族−窒化物を含む請求項17〜27のいずれかに記載の構造。
- 少なくとも1つのIII族−窒化物の少なくとも1つがパターニングされた請求項28に記載の構造。
- 請求項17〜29のいずれかに記載の少なくとも1つの構造を含む半導体デバイス。
- 半導体デバイスは、ジャンクションダイオードである請求項30に記載の半導体デバイス。
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