III-Nitrid-Halbleiterkomponente mit niedriger Versetzungsdichte

Gruppe III-V-Halbleiter, wie etwa Galliumnitrid (GaN) und andere III-Nitrid-Materialien, haben für die Herstellung von Leistungsschaltvorrichtungen, wie etwa zum Beispiel von III-Nitrid- oder anderen Gruppe-III-V-Feldeffekttransistoren (FETs), Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit (HEMTs: High Electron Mobility Transistors) und Schottky-Dioden, zunehmend an Bedeutung gewonnen. Aufgrund der typischerweise geringen Wafergröße und der hohen Kosten von nativen Gruppe-III-V-Substraten werden üblicherweise nichtnative Substrate, einschließlich Saphir-, Siliziumcarbid-(SiC)- und Siliziumsubstraten, zum Aufwachsen der Gruppe-III-V-Filme verwendet, die die aktiven Schichten der Gruppe-III-V-Vorrichtungen bereitstellen. Unter diesen nichtnativen Substraten ist Silizium aufgrund seiner großen Wafergröße, seiner niedrigen Kosten und seiner Einfachheit bei der Verarbeitung vorteilhaft. Jedoch stellt die Verwendung von Siliziumsubstraten für die Fertigung von Gruppe-III-V-Vorrichtungen beträchtliche Herausforderungen dar. Zum Beispiel können eine Gitterfehlanpassung und Unterschiede der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Gruppe-III-V-Halbleitern und Silizium unerwünschterweise zu einer hohen Dichte an Kristallversetzungen und einer großen Waferdurchbiegung, die durch die Gruppe-III-V-Film-Spannung bewirkt wird, führen.

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine III-Nitrid-Halbleiterkomponente mit niedriger Versetzungsdichte, wie sie im Wesentlichen in Verbindung mit wenigstens einer der Figuren gezeigt und/oder beschrieben und in den Ansprüchen dargelegt ist.

Bei einer Ausführungsform umfasst eine Halbleiterkomponente Folgendes: ein Substrat, eine Nukleationsschicht, die sich über dem Substrat befindet, einen III-Nitrid-Zwischenstapel, der sich über der Nukleationsschicht befindet, eine III-Nitrid-Pufferschicht, die sich über dem III-Nitrid-Zwischenstapel befindet, und eine III-Nitrid-Vorrichtung, die über der III-Nitrid-Pufferschicht hergestellt ist. Der III-Nitrid-Zwischenstapel umfasst einen Übergangskörper, der sich über einem Ausbuchtungspropagationskörper (protrusion propogation body) befindet, wobei der Ausbuchtungspropagationskörper eine Ausbuchtungserzeugungsschicht (protrusion generating layer) und mehrere Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten (protrusion spreading multilayers) beinhaltet.

Bei einer Ausführungsform ist die Ausbuchtungserzeugungsschicht eine Galliumnitrid(GaN)-Schicht. Wenigstens eine der mehreren Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten kann eine Aluminiumnitrid(AlN)-Schicht, eine Aluminiumgalliumnitrid(AlGaN)- und eine GaN-Schicht umfassen. Die mehreren Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten können wenigstens zehn Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten umfassen. Bei einer Ausführungsform befindet sich die Ausbuchtungserzeugungsschicht auf der Nukleationsschicht. Die III-Nitrid-Pufferschicht kann AlGaN umfassen.

Die Halbleiterkomponente kann ferner eine III-Nitrid-Rückseitenbarriere (back barrier) umfassen, die sich zwischen der III-Nitrid-Pufferschicht und der III-Nitrid-Vorrichtung befindet. Die III-Nitrid-Rückseitenbarriere kann AlGaN umfassen.

Die III-Nitrid-Pufferschicht kann bei einer niedrigeren Temperatur als die III-Nitrid-Rückseitenbarriere aufgewachsen werden, so dass sie eine höhere Störstellenkonzentration als die III-Nitrid-Rückseitenbarriere aufweist.

Bei manchen Ausführungsformen umfasst die III-Nitrid-Vorrichtung einen III-Nitrid-HEMT (HEMT: High Electron Mobility Transistor – Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit).

Bei einer Ausführungsform umfasst eine Halbleiterkomponente Folgendes: ein Substrat, eine Nukleationsschicht, die sich über dem Substrat befindet, einen III-Nitrid-Zwischenstapel, der sich über der Nukleationsschicht befindet, eine III-Nitrid-Pufferschicht, die sich über dem III-Nitrid-Zwischenstapel befindet, und eine III-Nitrid-Vorrichtung, die über der III-Nitrid-Pufferschicht hergestellt ist. Der III-Nitrid-Zwischenstapel umfasst einen Ausbuchtungspropagationskörper, der sich über einem Übergangskörper befindet, wobei der Ausbuchtungspropagationskörper eine Ausbuchtungsinduzierungsschicht (protrusion inducing layer), eine Ausbuchtungserzeugungsschicht und mehrere Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten beinhaltet.

Die Ausbuchtungsinduzierungsschicht kann Aluminiumnitrid (AlN) umfassen. Die Ausbuchtungserzeugungsschicht kann eine Galliumnitrid(GaN)-Schicht sein. Wenigstens eine der mehreren Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten kann eine AlN-Schicht, eine Aluminiumgalliumnitrid(AlGaN)- und eine GaN-Schicht umfassen. Die mehreren Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten können wenigstens zehn Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten umfassen. Die III-Nitrid-Pufferschicht kann AlGaN umfassen.

Die Halbleiterkomponente kann ferner eine III-Nitrid-Rückseitenbarriere umfassen, die sich zwischen der III-Nitrid-Pufferschicht und der III-Nitrid-Vorrichtung befindet. Die III-Nitrid-Rückseitenbarriere kann AlGaN umfassen. Die III-Nitrid-Pufferschicht kann bei einer niedrigeren Temperatur als die III-Nitrid-Rückseitenbarriere aufgewachsen werden, so dass sie eine höhere Störstellenkonzentration als die III-Nitrid-Rückseitenbarriere aufweist. Die III-Nitrid-Vorrichtung kann einen III-Nitrid-HEMT (HEMT: High Electron Mobility Transistor – Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit) umfassen.

Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

1 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Beispielverfahren zum Herstellen einer Halbleiterkomponente einschließlich eines Ausbuchtungspropagationskörpers gemäß einer Ausführungsform präsentiert.

2A zeigt eine Querschnittsansicht einer Beispielstruktur, die einer anfänglichen Herstellungsphase entspricht, gemäß einer Ausführungsform des Flussdiagramms aus 1.

2B zeigt eine Querschnittsansicht der Beispielstruktur aus 2A bei einer anschließenden Herstellungsphase gemäß einer Ausführungsform des Flussdiagramms aus 1.

2C zeigt eine ausführlichere Querschnittsansicht des Ausbuchtungspropagationskörpers der Struktur aus 2B gemäß einem Ausführungsbeispiel.

2D zeigt eine Querschnittsansicht der Beispielstruktur aus 2B bei einer anschließenden Herstellungsphase gemäß einer Ausführungsform des Flussdiagramms aus 1.

2E zeigt eine Querschnittsansicht einer Halbleiterkomponente einschließlich eines Ausbuchtungspropagationskörpers gemäß einer Ausführungsform.

3A zeigt eine Querschnittsansicht einer Halbleiterkomponente einschließlich eines Ausbuchtungspropagationskörpers gemäß einer anderen Ausführungsform.

3B zeigt eine ausführlichere Querschnittsansicht des Ausbuchtungspropagationskörpers der Halbleiterkomponente aus 3A gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Die folgende Beschreibung enthält spezielle Informationen, die auf Ausführungsformen in der vorliegenden Offenbarung zutreffen. Ein Fachmann erkennt, dass die vorliegende Offenbarung auf eine Weise implementiert werden kann, die von der hier speziell besprochenen verschieden ist. Die Zeichnungen in der vorliegenden Anmeldung und ihre begleitende ausführliche Beschreibung betreffen lediglich Ausführungsbeispiele. Sofern nichts anderes angegeben ist, können ähnliche oder entsprechende Elemente durch die Figuren hindurch durch ähnliche oder entsprechende Bezugsziffern angezeigt werden. Zudem sind die Zeichnungen und Veranschaulichungen in der vorliegenden Anmeldung allgemein nicht maßstabsgetreu und sollen nicht den tatsächlichen relativen Abmessungen entsprechen.

Wie hier verwendet, verweisen „III-Nitrid“ oder „III-N“ auf einen Verbindungshalbleiter, der Stickstoff und wenigstens ein Gruppe-III-Element, wie etwa Aluminium (Al), Gallium (Ga), Indium (In) und Bor (B), beinhaltet und der unter anderem eine beliebige ihrer Legierungen, wie etwa zum Beispiel Aluminiumgalliumnitrid (AL_xGa_(1-x)N) oder AlGaN, Indiumgalliumnitrid (In_yGa_(1-y)N), Aluminiumindiumgalliumnitrid (Al_xIn_yGa_(1-x-y)N), Galliumarsenidphosphidnitrid (GaAs_aP_bN_(1-a-b)), Aluminiumindiumgalliumarsenidphosphidnitrid (Al_xIn_yGa_(1-x-y)As_aP_bN_(1-a-b)), beinhaltet. III-N verweist allgemein auch auf eine beliebige Polarität, einschließlich unter anderem Ga-polarer, N-polarer, semipolarer oder nichtpolarer Kristallorientierungen. Ein III-N-Material kann auch entweder die Wurtzit-Struktur, die Zinkblende-Struktur oder gemischte Polytypen beinhalten und kann einkristalline, monokristalline, polykristalline oder amorphe Strukturen beinhalten. Galliumnitrid oder GaN, wie hier verwendet, verweist auf einen III-N-Verbindungshalbleiter, wobei das bzw. die Gruppe-III-Element(e) etwas oder eine erhebliche Menge an Gallium beinhalten kann bzw. können. Ein III-N- oder GaN-Transistor kann auch auf einen Verbundhochspannungsanreicherungstransistor verweisen, der entweder durch Verbinden des III-N- oder des GaN-Transistors in einer Kaskode mit einem Gruppe-IV-Transistor mit niedrigerer Spannung oder unter Verwendung von p-Typ-GaN als ein Gate gebildet wird.

Des Weiteren verweist der Ausdruck „Gruppe-IV“, wie hier verwendet, auf einen Halbleiter, der wenigstens ein Gruppe-IV-Element, wie etwa Silizium (Si), Germanium (Ge) und Kohlenstoff (C), beinhaltet, und kann auch Verbindungshalbleiter, wie etwa zum Beispiel Siliziumgermanium (SiGe) und Siliziumcarbid (SiC), beinhalten. Gruppe-IV verweist auch auf Halbleitermaterialien, die mehr als eine Schicht aus Gruppe-IV-Elementen, oder einer Dotierung mit Gruppe-IV-Elementen, beinhalten, um verspannte Gruppe-IV-Materialien zu erzeugen, und kann auch Gruppe-IV-basierte Verbundsubstrate, wie etwa zum Beispiel einkristallines oder polykristallines SiC auf Silizium, Silizium auf Isolator (SOI: Silicon On Insulator), SIMOX-Prozess-Substrate (SIMOX: Separation by Implantation of Oxygen – Separation durch Implantation von Sauerstoff) und Silizium auf Saphir (SOS), beinhalten.

Es wird angemerkt, dass die Begriffe „Niederspannung“ oder „LV“ (Low Voltage), wie hier verwendet, mit Bezug auf einen Transistor oder einen Schalter einen Transistor oder einen Schalter mit einem Spannungsbereich von bis zu etwa fünfzig Volt (50 V) beschreiben. Es wird ferner angemerkt, dass die Verwendung des Begriffs „Mittelspannung“ oder „MV“ (Midvoltage) auf einen Spannungsbereich von etwa fünfzig Volt bis etwa zweihundert Volt (etwa 50 V bis 200 V) verweist. Zudem verweist der Begriff „Hochspannung“ oder „HV“ (High Voltage), wie hier verwendet, auf einen Spannungsbereich von etwa zweihundert Volt bis etwa zwölfhundert Volt (etwa 200 V bis 1200 V) oder mehr.

Wie oben angegeben, sind Gruppe-III-V-Halbleiter, wie etwa Galliumnitrid (GaN) und andere III-Nitrid-Materialien, für die Herstellung von Leistungsschaltvorrichtungen wichtig und erwünscht. Wie ferner oben angegeben, werden aufgrund von Nachteilen, die mit herkömmlichen nativen III-Nitrid- oder anderen Gruppe-III-V-Substraten verknüpft sind, Siliziumsubstrate oft als nichtnative Substrate für Gruppe-III-V-Vorrichtungen verwendet. Es wurde jedoch angemerkt, dass die Verwendung von Siliziumsubstraten für die Fertigung von Gruppe-III-V-Vorrichtungen beträchtliche Herausforderungen darstellt.

Zum Beispiel können eine Gitterfehlanpassung und Unterschiede der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Gruppe-III-V-Halbleitern und Silizium unerwünschterweise zu einer hohen Dichte an Kristallversetzungen und einer großen Waferdurchbiegung, die durch die Gruppe-III-V-Film-Spannung bewirkt wird, führen. Wie in der Technik bekannt ist, wirken Fadenversetzungen als laterale und vertikale Stromleckpfade während einer Aus-Zustand- und Ein-Zustand-Belastung, die unerwünscht zu einer Vorrichtungsstörung führen können. Zudem reduzieren geladene Versetzungen durch Streuung eine Ladungsträgerbeweglichkeit. Infolgedessen kann eine Reduzierung der Dichte an Kristallversetzungen vorteilhaft sowohl eine Gruppe-III-V-Vorrichtung-Zuverlässigkeit und -Stabilität verbessern als auch ein schnelleres Schalten ermöglichen.

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Halbleiterkomponente mit einem Gruppe-III-V-Zwischenstapel einschließlich eines Ausbuchtungspropagationskörpers und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Halbleiterkomponente. Die Verwendung eines Ausbuchtungspropagationskörpers, wie hier offenbart, ermöglicht vorteilhaft das Wachstum von darüber liegenden Gruppe-III-V-Schichten oder -filmen mit erheblich verbesserter Kristallqualität. Das heißt, die darüber liegenden Gruppe-III-V-Schichten oder -filme weisen im Vergleich zu Gruppe-III-V-Schichten oder -filmen in herkömmlichen Halbleiterkomponenten, bei denen der vorliegend offenbarte Ausbuchtungspropagationskörper weggelassen ist, reduzierte Kristallversetzungen auf. Infolgedessen ermöglicht das in der vorliegenden Anmeldung offenbarte erfinderische Konzept eine Herstellung von III-Nitrid- und anderen Gruppe-III-V-basierten Transistoren mit verbesserter Hochfrequenzleistungsfähigkeit und reduziertem Leckstrom unter hohen Drain-Vorspannungen aufgrund einer niedrigen Kristallversetzungsdichte in den Vorrichtungsschichten.

Unter Bezugnahme auf 1 zeigt 1 ein Flussdiagramm 100, das ein Beispielverfahren zum Herstellen einer Halbleiterkomponente einschließlich eines Ausbuchtungspropagationskörpers präsentiert. Es wird angemerkt, dass bestimmte Einzelheiten und Merkmale, die für einen Durchschnittsfachmann offensichtlich sind, in dem Flussdiagramm 100 weggelassen wurden, um die Erörterung der Erfindungsmerkmale der vorliegenden Anmeldung nicht unklar zu machen.

Unter Bezugnahme auf 2A zeigt 2A eine Querschnittsansicht einer Struktur 202. Wie in 2A gezeigt, beinhaltet die Struktur 202 ein Substrat 210 und eine Nukleationsschicht 212, die sich über dem Substrat 210 befindet. Insbesondere ist das Substrat 210 so gewählt, dass es für die Verwendung als Stützsubstrat für eine Gruppe-III-V-Vorrichtung geeignet ist, während die Nukleationsschicht 212 implementiert wird, um das Wachstum verschiedener Gruppe-III-V-Material-Schichten über dem Substrat 210 zu fördern. Fortfahrend zu 2B und 2C zeigt eine Struktur 204 in 2B das Ergebnis des Bildens eines Gruppe-III-V-Zwischenstapels 220 über der Nukleationsschicht 212 (Handlung 104), während 2C eine ausführlichere Ansicht eines Ausbuchtungspropagationskörpers 230 zeigt, der in dem Gruppe-III-V-Zwischenstapel 220 enthalten ist. Zudem zeigt 2D das Ergebnis des Bildens einer Gruppe-III-V-Pufferschicht 214 und einer Gruppe-III-V-Rückseitenbarriere 216 über dem Gruppe-III-V-Zwischenstapel 220 (Handlung 106), während 2E eine Querschnittsansicht einer Halbleiterkomponente 208 einschließlich des Ausbuchtungspropagationskörpers 220 gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt.

Es wird angemerkt, dass sowohl die in 2A, 2B, 2C, 2D und 2E (anschließend „2A–2E) gezeigten Strukturen als auch die durch 3A und 3B gezeigten alternativen Strukturen als spezielle Ausführungsformen der vorliegenden erfinderischen Prinzipien bereitgestellt sind und mit einer solchen Spezifität für die Zwecke der konzeptuellen Klarheit gezeigt sind. Es versteht sich auch, dass bestimmte Einzelheiten, wie etwa die zum Bilden der in 2A–2E, 3A und 3B gezeigten Strukturen verwendeten Materialien genauso wie die zum Herstellen der verschiedenen dargestellten Merkmale verwendeten Techniken, lediglich als Beispiele bereitgestellt sind und nicht als Beschränkungen interpretiert werden sollten. Zudem können, obwohl die in 2A–2E, 3A und 3B gezeigten Beispielstrukturen als verschiedene III-Nitrid-Material-Schichten beinhaltend beschrieben sind, bei anderen Ausführungsformen Strukturen, die den in 2A–2E, 3A und 3B gezeigten Strukturen entsprechen, andere Gruppe-III-V-Halbleiter-basierte Materialschichten beinhalten.

Unter Bezugnahme auf die Struktur 202 in 2A in Verbindung mit 1 beginnt das Flussdiagramm 100 mit dem Bilden der Nukleationsschicht 212 über dem Substrat 210 (Handlung 102). Wie oben angemerkt, kann das Substrat 210 ein beliebiges Material beinhalten, das zur Verwendung als ein Substrat für die Herstellung einer III-Nitrid- oder einer anderen Gruppe-III-V-Vorrichtung geeignet ist. Beispiele für Vorrichtungen, für die das Substrat 210 benutzt werden kann, beinhalten Gruppe-III-V-Schottky-Dioden und Gruppe-III-V-Heterostrukturfeldeffekttransistoren (HFETs), wie etwa III-Nitrid- oder andere Gruppe-III-V-HEMTs (High Electron Mobility Transistors – Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit).

Das Substrat 210 kann aus einem Gruppe-IV-Material, wie etwa Silizium (Si), gebildet werden oder kann ein Siliziumcarbid(SiC)- oder ein Saphirsubstrat sein. Zudem kann, obwohl das Substrat 210 in 2A als ein im Wesentlichen einheitliches Substrat gezeigt ist, das Substrat 210 bei anderen Ausführungsformen ein Verbundsubstrat, wie etwa zum Beispiel ein SOI-Substrat (SOI: Silizium On Insulator – Silizium auf Isolator), ein SOS-Substrat (SOS: Silicon on Sapphire – Silizium auf Saphir) oder ein einkristallines oder polykristallines SiC-auf-Silizium-Substrat, sein.

Gemäß der durch die Struktur 202 gezeigten Ausführungsform befindet sich die Nukleationsschicht 212 über dem Substrat 210. Die Nukleationsschicht 212 kann aus Aluminiumnitrid (AlN) gebildet werden und kann eine Dicke in einem Bereich von näherungsweise einhundert Nanometer bis näherungsweise vierhundert Nanometer (100–400 nm), wie etwa zum Beispiel 250 nm, aufweisen. Die Nukleationsschicht 212 kann direkt auf oder über dem Substrat 210 unter Verwendung einer beliebigen von einer metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidung (MOCVD: Metalorganic Chemical Vapor Deposition), einer Molekularstrahlepitaxie (MBE: Molecular-Beam Epitaxy), einer Hydridgasphasenepitaxie (HVPE: Hydride Vapor Phase Epitaxy), einer plasmaunterstützten Gasphasenepitaxie (PECVD) oder einer Atomlagenepitaxie (ALE), um nur einige geeignete Techniken zu nennen, gebildet werden.

Weitergehend zu 2B unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1 fährt das Flussdiagramm 100 mit dem Bilden des III-Nitrid-Zwischenstapels 220 einschließlich des Übergangkörpers 222 und des Ausbuchtungspropagationskörpers 230 über der Nukleationsschicht 212 (Handlung 104) fort.

Wie durch die Struktur 204 gezeigt, kann der III-Nitrid-Zwischenstapel 220 bei Ausführungsformen, bei denen das Substrat 210 ein nichtnatives Substrat für die Herstellung einer III-Nitrid-Vorrichtung, wie etwa eines III-Nitrid-HEMT, ist, den Übergangskörper 222 beinhalten, der sich zwischen dem Substrat 210 und einer anschließend hergestellten III-Nitrid-Vorrichtung befindet. Als ein spezielles Beispiel, bei dem das Substrat 210 ein Siliziumsubstrat ist, kann der Übergangskörper 222 mehrere unterscheidbare III-Nitrid-Material-Schichten beinhalten, die dabei helfen, den Gitterübergang von dem Substrat 210 zu den aktiven Schichten der darüber liegenden III-Nitrid-Vorrichtung (aktive Schichten sind in 2B nicht gezeigt) zu vermitteln.

Bei Ausführungsformen, bei denen die III-Nitrid-Vorrichtung zum Beispiel eine Galliumnitrid(GaN)-basierte Vorrichtung ist, kann der Übergangskörper 222 eine Reihe von Aluminiumgalliumnitrid(AlGaN)-Schichten beinhalten, die einen von der Grenzfläche zwischen dem Übergangkörper 222 und der Nukleationsschicht 212 zu der Oberseite des Übergangskörpers 222 im Verhältnis zu ihrem Galliumgehalt zunehmend reduzierte Aluminiumgehalt aufweisen. Zudem kann der Übergangskörper 222 bei manchen Ausführungsformen ein in der Zusammensetzung abgestufter Körper mit unterschiedlichen AlGaN- oder anderen III-Nitrid- oder Gruppe-III-V-Legierung-Zusammensetzungen bei seiner jeweiligen oberen und unteren Oberfläche sein. Der Übergangskörper 222 kann unter Verwendung einer beliebigen von MOCVD, MBE, HVPE, PECVD oder ALE über der Nukleationsschicht 212 mit einer Dicke im Bereich von näherungsweise 150–1000 nm, wie etwa zum Beispiel 500 nm, gebildet werden.

Wie ferner durch die Struktur 204 gezeigt, befindet sich der Ausbuchtungspropagationskörper 230 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel über dem Übergangskörper 222. Wie der Übergangskörper 222 kann der Ausbuchtungspropagationskörper 230 unter Verwendung einer beliebigen von zum Beispiel MOCVD, MBE, HVPE, PECVD oder ALE gebildet werden.

Unter Bezugnahme auf 2C zeigt 2C eine ausführlichere Querschnittsansicht des Ausbuchtungspropagationskörpers 230 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Wie in 2C gezeigt, beinhaltet der Ausbuchtungspropagationskörper 230 eine Ausbuchtungsinduzierungsschicht 232, eine Ausbuchtungserzeugungsschicht 234, die sich direkt auf der Ausbuchtungsinduzierungsschicht 232 befindet, und Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten 240a, 240b, ..., 240n (anschließend „Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten 240a–240n“), die über der Ausbuchtungserzeugungsschicht 234 gestapelt sind.

Des Weiteren zeigt 2C Ausbuchtungen 238, die an oder nahe der Grenzfläche der Ausbuchtungsinduzierungsschicht 232 und der Ausbuchtungserzeugungsschicht 234 gebildet werden. Die jeweiligen Dicken der Ausbuchtungsinduzierungsschicht 232, der Ausbuchtungserzeugungsschicht 234 und der Schichten, die in jeder der beispielhaften Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten 240a–240n enthalten sind, sind ebenfalls in 2C gezeigt.

Im Interesse der konzeptuellen Klarheit wird der Ausbuchtungspropagationskörper 230 so beschrieben, als könnte er als Teil einer Halbleiterkomponente implementiert werden, die einen GaN-basierten HEMT bereitstellt. Dementsprechend werden die verschiedenen Schichten, die in dem Ausbuchtungspropagationskörper 230 enthalten sind, durch Bezugnahme auf spezielle III-Nitrid-Legierung-Zusammensetzungen, spezielle Dicken und in manchen Fällen spezielle Wachstumsbedingungen, die für eine solche Ausführungsform geeignet sind, beschrieben. Es wird jedoch angemerkt, dass die bereitgestellten Einzelheiten nicht als Beschränkungen auszulegen sind und dass die verschiedenen Schichten, die in dem Ausbuchtungspropagationskörper 230 enthalten sind, bei anderen Ausführungsformen andere III-Nitrid-Legierung-Zusammensetzungen, unterschiedliche Dicken aufweisen können und/oder unter Verwendung unterschiedlicher Wachstumsbedingungen gebildet werden können.

Gemäß dem in 2C gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Ausbuchtungsinduzierungsschicht 232 eine AlGaN-Schicht mit einer Legierungszusammensetzung in einem Bereich von Al_XGa_(1-X)N (0,5 ≤ X ≤ 1) sein. Die Ausbuchtungsinduzierungsschicht 232 kann unter Verwendung einer beliebigen von MOCVD, MBE, HVPE, PECVD oder ALE gebildet werden und kann eine Dicke 258 von bis zu näherungsweise 150 nm, wie etwa zum Beispiel 75 nm, aufweisen. Zudem kann es vorteilhaft oder wünschenswert sein, die Ausbuchtungsinduzierungsschicht 232 bei einer Wachstumstemperatur zu bilden, die niedriger als eine Wachstumstemperatur ist, die zum Bilden der Nukleationsschicht 212 verwendet wird. Zum Beispiel kann die Ausbuchtungsinduzierungsschicht 232 unter Verwendung einer Wachstumstemperatur gebildet werden, die näherungsweise dreißig bis einhundert Grad Celsius (30–100°C) niedriger als die Wachstumstemperatur ist, die zum Bilden der Nukleationsschicht 212 verwendet wird.

Die Ausbuchtungserzeugungsschicht 234 mit einer Dicke 236 kann direkt auf der Ausbuchtungsinduzierungsschicht 232 unter Verwendung einer beliebigen von zum Beispiel MOCVD, MBE, HVPE, PECVD oder ALE gebildet werden. Als ein spezielles Beispiel, bei dem die Ausbuchtungsinduzierungsschicht 232 eine wie oben beschriebene AlGaN-Schicht ist, kann die Ausbuchtungserzeugungsschicht 234 eine GaN-Schicht mit einer Dicke 236 in einem Bereich von näherungsweise 2 nm bis näherungsweise 12 nm, wie etwa 6 nm, sein.

Die Ausbuchtungserzeugungsschicht 234 kann unter Verwendung einer Wachstumstemperatur gebildet werden, die höher als die Wachstumstemperatur, die zum Bilden der Ausbuchtungsinduzierungsschicht 232 verwendet wird, aber niedriger als die Wachstumstemperatur ist, die zum Bilden der Nukleationsschicht 212 verwendet wird. Als ein spezielles Beispiel kann die Ausbuchtungserzeugungsschicht 234 unter Verwendung einer Wachstumstemperatur in einem Bereich von näherungsweise 1015–1060°C, bei einem Druck in einem Bereich von näherungsweise fünfundsiebzig Millibar bis näherungsweise einhundertfünfzig Millibar (75–150 mbar) gebildet werden. Wie in 2C gezeigt, werden die Ausbuchtungen 238 an oder nahe der Grenzfläche der Ausbuchtungsinduzierungsschicht 232 und der Ausbuchtungserzeugungsschicht 234 gebildet. Die Ausbuchtungen 238 können einen anfänglichen Durchmesser von weniger als näherungsweise 100 nm, wie etwa zum Beispiel einen Durchmesser von einigen zehn Nanometer, aufweisen.

Bei Ausführungsformen, bei denen die Ausbuchtungserzeugungsschicht 234 eine GaN-Schicht ist, treten die Ausbuchtungen 238 bei einer kritischen Dicke der GaN-Schicht auf, die stark von der GaN-Wachstumstemperatur (die eine Wechselwirkungsstärke zwischen Ga-Adatomen und der Oberfläche bestimmt) sowie der durch die Gitterfehlanpassung induzierte Belastungsenergie, die von der adsorbierenden Al_XGa_(1-X)N-Ausbuchtungsinduzierungsschicht (0,5 ≤ X ≤ 1) empfangen wird, abhängt. Verringern der GaN-Wachstumstemperatur und Erhöhen der Dicke der Ausbuchtungsinduzierungsschicht 232 bewirkt, dass die kritische Dicke abnimmt, während die Massenbelegung der Ausbuchtungen 238, die durch die GaN-Ausbuchtungserzeugungsschicht 324 erzeugt werden, zunimmt.

Es wird angemerkt, dass die Ausbuchtungen 238, obwohl die Ausbuchtungen 238 in 2C als eine näherungsweise gleichmäßige Größe und Form aufweisend dargestellt sind, allgemein in der Größe variieren können und anfänglich eine Vielzahl an kristallinen Facetten aufzeigen können. Es wird ferner angemerkt, dass die Ausbuchtungen 238 anfänglich so durch die Ausbuchtungserzeugungsschicht 234 gebildet werden können, dass sie sich teilweise in die Schicht 242a der Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschicht 240a erstrecken. Die Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten 240a–240n sind über der Ausbuchtungserzeugungsschicht 234 gestapelt und bewirken, dass sich die Ausbuchtungen 238 zwischen der Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschicht 240a und der Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschicht 240n ausbreiten. Das heißt, die laterale Wachstumsrate der Ausbuchtungen 238 wird mit dem Wachstum der Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten 240a–240n schneller als ihr Wachstum in der Richtung normal zu dem Substrat 210. Nach dem Wachstum von zehn bis zwanzig Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten 240a–240n, wie etwa fünfzehn Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten (d.h. n = 15), können sich die Ausbuchtungen 238 so ausbreiten, dass sie einen Durchmesser in einem Bereich von näherungsweise zwei bis näherungsweise drei Mikrometer (2–3 µm) aufweisen, während ihre Höhe nicht größer als 100–200 nm oberhalb einer umgebenden ausbuchtungsfreien flachen Oberfläche ist. Durch diese erzwungene Erweiterung der Ausbuchtungsabmessungen wird ein effektives Filtern der Fadenversetzungen, die aufwärts durch den Ausbuchtungspropagationskörper 230 propagieren, erreicht.

Gemäß dem in 2C gezeigten Ausführungsbeispiel beinhaltet die Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschicht 240a eine Schicht 242a mit einer Dicke 252, eine Schicht 244a mit einer Dicke 254, die sich über der Schicht 242a befindet, und eine Schicht 246a mit einer Dicke 256, die sich über der Schicht 244a befindet. Gleichermaßen beinhaltet die Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschicht 240b eine Schicht 242b mit einer Dicke 252, eine Schicht 244b mit einer Dicke 254, die sich über der Schicht 242b befindet, und eine Schicht 246b mit einer Dicke 256, die sich über der Schicht 244b befindet. Des Weiteren können alle anderen Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten, die in dem Ausbuchtungspropagationskörper 230 enthalten sind, ähnlich beschaffen sein. Dementsprechend beinhaltet die Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschicht 240n eine Schicht 242n mit einer Dicke 252, eine Schicht 244n mit einer Dicke 254, die sich über der Schicht 242n befindet, und eine Schicht 246n mit einer Dicke 256, die sich über der Schicht 244n befindet. Es wird angemerkt, dass es bei manchen Ausführungsformen vorteilhaft oder wünschenswert sein kann, dass die Anzahl der Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten 240a–240n zehn oder mehr beträgt. Mit anderen Worten ist „n“ bei diesen Ausführungsformen gleich wenigstens 10.

Die Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten 240a–240n können unter Verwendung einer beliebigen von zum Beispiel MOCVD, MBE, HVPE, PECVD oder ALE gebildet werden. Als ein spezielles Beispiel können die Schicht 242a und die Schichten 242b bis 242n AlN-Schichten mit einer Dicke 252 in einem Bereich von näherungsweise 1–8 nm, wie etwa 2,5 nm, sein. Die Schicht 244a und die Schichten 244b bis 244n können AlGaN-Schichten sein, die zur biaxialen Spannungsentlastung bereitgestellt werden und die eine Legierungszusammensetzung in einem Bereich von Al_YGa_(1-Y)N (O < Y < 1) und eine Dicke 254 in einem Bereich von näherungsweise 1–8 nm, wie etwa 2,5 nm, aufweisen können. Zudem können die Schicht 246a und die Schichten 246b bis 246n GaN-Schichten mit einer Dicke 256 in einem Bereich von näherungsweise 2–10 nm, wie etwa 5 nm, sein.

In Bezug auf die Schichten 244a bis 244n, wie oben angegeben, sind jene AlGaN-Schichten zur biaxialen Spannungsentlastung bereitgestellt. Bei manchen Ausführungsformen kann es vorteilhaft oder wünschenswert sein, die AlGaN-Spannungsentlastungsschichten 244a bis 244n zwischen jeweiligen AlN-Schichten 242a bis 242n und jeweiligen GaN-Schichten 246a bis 246n zu beinhalten, um die Massenbelegung der Ausbuchtungen 238 in einem gewünschten Bereich zu halten. Wenn die Massenbelegung der Ausbuchtungen 238 einen gewünschten Wert überschreitet, kann die Kristallqualität von anschießend aufgewachsenen Vorrichtungsschichten aufgrund der Erzeugung von Versetzungsschleifen reduziert sein.

Es wird angemerkt, dass, obwohl das in 2C gezeigte Ausführungsbeispiel 20 jede der Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten 240a–240n als Dreifachschichten darstellt, die Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten 240a–240n bei anderen Ausführungsformen weniger oder mehr als drei Schichten beinhalten können. Es wird ferner angemerkt, dass, obwohl die Schichten, die in den Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten 240a–240n enthalten sind, oben in Form einer im Wesentlichen konstanten III-Nitrid-Material- oder Legierungszusammensetzung beschrieben sind, diese Repräsentation lediglich beispielhaft ist. Bei anderen Ausführungsformen können zum Beispiel beliebige oder alle der Schichten 242a, 244a, 246a, 242b, 244b, 246b, ..., 242n, 244n und 246n in der Zusammensetzung abgestufte Schichten sein.

Nun unter Bezugnahme auf 2D mit weiterer Bezugnahme auf 1 fährt das Flussdiagramm 100 mit dem Bilden einer III-Nitrid-Pufferschicht 214 und einer III-Nitrid-Rückseitenbarriere 216 über dem III-Nitrid-Zwischenstapel 220 (Handlung 106) fort. Wie durch eine Struktur 206 gezeigt, kann die III-Nitrid-Pufferschicht 214 so gebildet werden, dass sie sich direkt auf oder über dem III-Nitrid-Zwischenstapel 220 befindet. Bei Ausführungsformen, bei denen die anschließend hergestellte darüber liegende Gruppe-III-V-Vorrichtung zum Beispiel eine GaN-basierte Vorrichtung ist, können die III-Nitrid-Pufferschicht 214 und die III-Nitrid-Rückseitenbarriere 216 als AlGaN-Schichten implementiert werden. Wie die verschiedenen Schichten des III-Nitrid-Zwischenstapels 220, können die III-Nitrid-Pufferschicht 214 und die III-Nitrid-Rückseitenbarriere 216 unter Verwendung von zum Beispiel einer beliebigen von MOCVD, MBE; HVPE, PECVD oder ALE gebildet werden.

Es wird angemerkt, dass, obwohl die III-Nitrid-Pufferschicht 214 und die III-Nitrid-Rückseitenbarriere 216, die sich über der III-Nitrid-Pufferschicht 214 befindet, beide als AlGaN-Schichten gebildet sein können, die III-Nitrid-Pufferschicht 214 und die III-Nitrid-Rückseitenbarriere 216 typischerweise unter Verwendung unterschiedlicher Wachstumsbedingungen gebildet werden, so dass jede mit ausgeprägten Charakteristiken durchdrungen wird. Zum Beispiel kann die III-Nitrid-Pufferschicht 214 bei einer niedrigen Wachstumstemperatur gebildet werden, was dazu führt, dass die III-Nitrid-Pufferschicht 214 eine störstellenreiche III-Nitrid-Schicht, wie etwa eine störstellenreiche AlGaN-Schicht, ist, welche eine gute elektrische Isolation zwischen dem III-Nitrid-Zwischenstapel 220 und den aktiven Schichten der darüber liegenden III-Nitrid-Vorrichtung (die aktiven Schichten sind in 2D nicht gezeigt) bereitstellt. Im Gegensatz dazu kann die III-Nitrid-Rückseitenbarriere 216 eine AlGaN-Schicht sein, die so über der III-Nitrid-Pufferschicht 214 gebildet ist, dass sie relativ zu der III-Nitrid-Pufferschicht 214 eine reduzierte Störstellenkonzentration aufweist. Mit anderen Worten kann die III-Nitrid-Pufferschicht 214 bei einer niedrigeren Temperatur als die darüber liegende III-Nitrid-Rückseitenbarriere 216 aufgewachsen werden, so dass sie eine höhere Störstellenkonzentration als die III-Nitrid-Rückseitenbarriere 216 aufweist.

Es wird ferner angemerkt, dass die III-Nitrid-Pufferschicht 214 bei manchen Ausführungsformen als eine störstellenabgestufte Pufferschicht mit einer hohen Störstellenkonzentration an ihrer unteren Oberfläche, d.h. der Oberfläche der III-Nitrid-Pufferschicht 214, die an den III-Nitrid-Zwischenstapel 220 angrenzt, und einer niedrigen Störstellenkonzentration an ihrer gegenüberliegenden oberen Oberfläche gebildet werden kann. Bei manchen Ausführungsformen kann die III-Nitrid-Rückseitenbarriere 216 weggelassen sein.

Fortfahrend zu 2E unter weiterer Bezugnahme auf 1 kann das Flussdiagramm 100 mit dem Herstellen einer III-Nitrid-Vorrichtung 218 über der III-Nitrid-Pufferschicht 214 und der III-Nitrid-Rückseitenbarriere 216 (Handlung 108) enden. Infolgedessen zeigt 2E eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Halbleiterkomponente 208, die den III-Nitrid-Zwischenstapel 220 mit dem Ausbuchtungspropagationskörper 230 beinhaltet.

Es wird angemerkt, dass, obwohl die III-Nitrid-Vorrichtung 218 in 2E als ein HEMT dargestellt ist, diese Repräsentation lediglich beispielhaft ist. Bei anderen Ausführungsformen kann die Halbleiterkomponente 208 einschließlich des Ausbuchtungspropagationskörpers 230 geeignet dazu ausgelegt sein, eine andere Art einer Gruppe-III-V-Vorrichtung bereitzustellen, die der III-Nitrid-Vorrichtung 218 entspricht. Zum Beispiel kann die III-Nitrid-Vorrichtung 218 bei anderen Ausführungsformen die Form einer anderen Art einer Gruppe-III-V-Leistungsschaltvorrichtung, wie etwa einer beliebigen Art eines HFET oder einer Schottky-Diode, annehmen.

Dennoch wird die III-Nitrid-Vorrichtung 218 zu lediglich beispielhaften Zwecken als ein III-Nitrid-HEMT (anschließend „HEMT 218“) einschließlich aktiver Schichten in Form einer GaN-Kanalschicht 224 und einer darüber liegenden AlGaN-Barriereschicht 228, einer Drain-Elektrode 262, einer Source-Elektrode 264 und eines Gates 266 beschrieben. Wie in 2E gezeigt, beinhaltet der HEMT 218 in seinem Ein-Zustand ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) 226, das einen Leitungskanal mit niedrigem Widerstand zwischen der Drain-Elektrode 262 und der Source-Elektrode 264 bereitstellt. Wie ferner in 2E gezeigt, wird das 2DEG 226 bei oder nahe der Grenzfläche der aktiven Schichten des HEMT 218, d. h. der GaN-Kanalschicht 224, und der AlGaN-Barriereschicht 228 mit einer größeren Bandlücke als die der GaN-Kanalschicht 224 erzeugt.

Die aktive GaN-Kanalschicht 224 und die AlGaN-Barriereschicht 228 des HEMT 218 können unter Verwendung einer beliebigen einer Anzahl von bekannten Wachstumstechniken über der III-Nitrid-Pufferschicht 214 und der III-Nitrid-Rückseitenbarriere 216 gebildet werden. Zum Beispiel können die GaN-Kanalschicht 224 und die AlGaN-Barriereschicht 228 unter Verwendung von MOCVD, MBE, HVPE, PECVD, oder ALE, um einige geeignete Techniken zu nennen, gebildet werden.

Gemäß dem in 2E gezeigten Ausführungsbeispiel führen die in ihren Abmessungen erweiterten Ausbuchtungen, die durch den Ausbuchtungspropagationskörper 230 produziert werden, zu einem selektiven Wachstumsbereich in einer frühen Wachstumsphase einer störstellenreichen Al-GaN-Pufferschicht 214, wodurch bewirkt wird, dass die Oberfläche durch laterales Zusammenwachsen mit zunehmendem Wachstum schrittweise flach wird. Bei einem solchen Prozess des lateralen Zusammenwachsens kann eine Versetzungsablenkung in der AlGaN-Pufferschicht 214 vorteilhaft zu einer näherungsweise 30%-igen bis zu einer näherungsweise 50%-igen Reduzierung der Versetzungsdichte innerhalb des GaN-Kanalschicht 224 führen. Dementsprechend verbessert der Ausbuchtungspropagationskörper 230 eine gesamte III-Nitrid-Kristallqualität in der Halbleiterkomponente 208 im Vergleich zu den Halbleiterkomponenten, von denen der Ausbuchtungspropagationskörper 230 weggelassen ist, erheblich.

Nun unter Bezugnahme auf 3A zeigt 3A eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Halbleiterkomponente 308 einschließlich des III-Nitrid-Zwischenstapels 320 mit dem Ausbuchtungspropagationskörper 370 gemäß einer anderen Ausführungsform. Es wird angemerkt, dass die in 3A durch Bezugsziffern, die jenen in 2A–2E gezeigten entsprechen, identifizierten Merkmale jeweils den zuvor beschriebenen Merkmalen entsprechen.

Dementsprechend entsprechen das Substrat 310, die Nukleationsschicht 312 und der Übergangskörper 322 jeweils im Allgemeinen dem Substrat 210 und der Nukleationsschicht 212 in 2A, 2B, 2D und 2E und dem Übergangskörper 222 in 2B, 2D und 2E und können sie beliebige der Charakteristiken teilen, die jenen entsprechenden Merkmalen in der vorliegenden Anmeldung zugeschrieben sind. Des Weiteren entsprechen die III-Nitrid-Pufferschicht 314 und die III-Nitrid-Rückseitenbarriere 316 jeweils im Allgemeinen der III-Nitrid-Pufferschicht 214 und der III-Nitrid-Rückseitenbarriere 216 in 2D und 2E und können sie beliebige der Charakteristiken teilen, die jenen entsprechenden Merkmalen in der vorliegenden Anmeldung zugeschrieben sind.

Die III-Nitrid-Vorrichtung 318 in 3A entspricht dem HEMT 218 in 2E und kann beliebige der Charakteristiken teilen, die dem entsprechenden Merkmal in der vorliegenden 20 Anmeldung zugeschrieben sind. Dementsprechend entsprechen die Kanalschicht 324, die Barriereschicht 328, das 2DEG 326, die Drain-Elektrode 362, die Source-Elektrode 364 und das Gate 366 in 3A jeweils im Allgemeinen der GaN-Kanalschicht 224, der AlGaN-Barriereschicht 228, dem 2DEG 226, der Drain-Elektrode 262, der Source-Elektrode 264 und dem Gate 266 in 2E.

Es wird angemerkt, dass, obwohl die III-Nitrid-Vorrichtung 318 als dem HEMT 218 entsprechend gezeigt und beschrieben ist. Bei anderen Ausführungsformen kann die Halbleiterkomponente 308 geeignet dazu ausgelegt sein, eine andere Art einer Gruppe-III-V-Vorrichtung bereitzustellen, die der III-Nitrid-Vorrichtung 318 entspricht. Zum Beispiel kann die III-Nitrid-Vorrichtung 318 bei anderen Ausführungsformen die Form einer anderen Art einer Gruppe-III-V-Leistungsschaltvorrichtung, wie etwa einer beliebigen Art eines HFET oder einer Schottky-Diode, annehmen.

Im Gegensatz zu der Halbleiterkomponente 208 in 2E, bei der sich der Ausbuchtungspropagationskörper 230 über dem Übergangskörper 222 in dem III-Nitrid-Zwischenstapel 220 befindet, sind jene jeweiligen Positionen gemäß der in 3A gezeigten alternativen Ausführungsform umgekehrt. Das heißt, der III-Nitrid-Zwischenstapel 320 der Halbleiterkomponente 308 beinhaltet den Übergangskörper 322, der sich über dem Ausbuchtungspropagationskörper 370 befindet, der sich selbst direkt auf der Nukleationsschicht 312 befindet.

Unter Bezugnahme auf 3B zeigt 3B eine ausführlichere Querschnittsansicht des Ausbuchtungspropagationskörpers 370 gemäß dem in 3A gezeigten alternativen Ausführungsbeispiel. Wie in 3B gezeigt, beinhaltet der Ausbuchtungspropagationskörper 370 eine Ausbuchtungserzeugungsschicht 372 und Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten 380a, 380b, ..., 380n (anschließend „Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten 380a–380n“), die über der Ausbuchtungserzeugungsschicht 372 gestapelt sind.

Des Weiteren zeigt 3B Ausbuchtungen 378, die bei oder nahe einer unteren Oberfläche der Ausbuchtungserzeugungsschicht 372, d.h. der Oberfläche der Ausbuchtungserzeugungsschicht 372, die der Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschicht 380a gegenüberliegt, erzeugt werden. Die jeweiligen Dicken der Ausbuchtungserzeugungsschicht 372 und der Schichten, die in jeder der beispielhaften Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten 380a–380n enthalten sind, sind ebenfalls in 3B gezeigt.

Im Interesse der konzeptuellen Klarheit wird der Ausbuchtungspropagationskörper 370 so beschrieben, als könnte er als Teil einer Halbleiterkomponente implementiert werden, die einen GaN-basierten HEMT bereitstellt. Dementsprechend werden die verschiedenen Schichten, die in dem Ausbuchtungspropagationskörper 370 enthalten sind, durch Bezugnahme auf spezielle III-Nitrid-Legierung-Zusammensetzungen, spezielle Dicken und in manchen Fällen spezielle Wachstumsbedingungen, die für eine solche Ausführungsform geeignet sind, beschrieben. Es wird jedoch angemerkt, dass die bereitgestellten Einzelheiten nicht als Beschränkungen auszulegen sind und dass die verschiedenen Schichten, die in dem Ausbuchtungspropagationskörper 370 enthalten sind, bei anderen Ausführungsformen andere III-Nitrid-Legierung-Zusammensetzungen, unterschiedliche Dicken aufweisen können und/oder unter Verwendung unterschiedlicher Wachstumsbedingungen gebildet werden können.

Die Ausbuchtungserzeugungsschicht 372 mit einer Dicke 374 kann direkt auf der Nukleationsschicht 312 unter Verwendung einer beliebigen von zum Beispiel MOCVD, MBE, HVPE, PECVD oder ALE gebildet werden. Es wird angemerkt, dass die Nukleationsschicht 312 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine zu der Ausbuchtungsinduzierungsschicht 232 in 2C analoge Rolle spielt. Wie jedoch oben durch Bezugnahme auf die entsprechende Nukleationsschicht 212 angegeben ist, kann die Nukleationsschicht 312 eine AlN-Schicht mit einer Dicke in einem Bereich von näherungsweise 100–400 nm, wie etwa zum Beispiel 250 nm, sein. Bei einer Ausführungsform, bei der die Nukleationsschicht 312 mit den oben beschriebenen Merkmalen als Ausbuchtungsinduzierungsschicht der Halbleiterkomponente 308 verwendet wird, kann die Ausbuchtungserzeugungsschicht 372 eine GaN-Schicht mit einer Dicke 374 in einem Bereich von näherungsweise 1 nm bis näherungsweise 10 nm, wie etwa 4 nm, sein.

Die Ausbuchtungserzeugungsschicht 372 kann zum Beispiel unter Verwendung einer Wachstumstemperatur in einem Bereich von näherungsweise 1015–1060°C, bei einem Druck in einem Bereich von näherungsweise fünfundsiebzig Millibar bis näherungsweise 75–150 mbar gebildet werden. Wie in 3B gezeigt, werden die Ausbuchtungen 378 an oder nahe der unteren Oberfläche der Ausbuchtungserzeugungsschicht 372 gebildet. Die Ausbuchtungen 378 können einen anfänglichen Durchmesser von weniger als näherungsweise 100 nm, wie etwa zum Beispiel einen Durchmesser von einigen zehn Nanometer, aufweisen.

Bei Ausführungsformen, bei denen die Ausbuchtungserzeugungsschicht 372 eine GaN-Schicht ist, treten die Ausbuchtungen 378 bei einer kritischen Dicke der GaN-Schicht auf, die stark von der GaN-Wachstumstemperatur (die eine Wechselwirkungsstärke zwischen Ga-Adatomen und der Oberfläche bestimmt) sowie der durch die Gitterfehlanpassung induzierte Belastungsenergie, die von der Nukleationsschicht 312 empfangen wird, abhängt. Verringern der GaN-Wachstumstemperatur und Erhöhen der Dicke der Nukleationsschicht 312 bewirkt, dass die kritische Dicke abnimmt, während die Massenbelegung der Ausbuchtungen 378, die durch die GaN-Ausbuchtungserzeugungsschicht 372 erzeugt werden, zunimmt.

Es wird angemerkt, dass die Ausbuchtungen 378, obwohl die Ausbuchtungen 378 in 3B als eine näherungsweise gleichmäßige Größe und Form aufweisend dargestellt sind, allgemein in der Größe variieren können und anfänglich eine Vielzahl an kristallinen Facetten aufzeigen können. Es wird ferner angemerkt, dass die Ausbuchtungen 378 anfänglich so durch die Ausbuchtungserzeugungsschicht 372 gebildet werden können, dass sie sich teilweise in die Schicht 382a der Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschicht 380a erstrecken.

Die Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten 380a–380n sind über der Ausbuchtungserzeugungsschicht 372 gestapelt und bewirken, dass sich die Ausbuchtungen 378 zwischen der Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschicht 380a und der Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschicht 380n ausbreiten. Das heißt, die laterale Wachstumsrate der Ausbuchtungen 378 wird mit dem Wachstum der Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten 380a–380n schneller als ihr Wachstum in der Richtung normal zu dem Substrat 310. Nach dem Wachstum von zehn bis zwanzig Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten 380a–380n, wie etwa fünfzehn Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten (d.h. n = 15), können sich die Ausbuchtungen 378 so ausbreiten, dass sie einen Durchmesser in einem Bereich von näherungsweise 2–3 µm aufweisen, während ihre Höhe nicht größer als 100–200 nm oberhalb einer umgebenden ausbuchtungsfreien flachen Oberfläche ist. Durch diese erzwungene Erweiterung der Ausbuchtungsabmessungen wird ein effektives Filtern der Fadenversetzungen, die aufwärts durch den Ausbuchtungspropagationskörper 370 propagieren, erreicht.

Gemäß dem in 3B gezeigten Ausführungsbeispiel beinhaltet die Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschicht 380a eine Schicht 382a mit einer Dicke 392, eine Schicht 384a mit einer Dicke 394, die sich über der Schicht 382a befindet, und eine Schicht 386a mit einer Dicke 396, die sich über der Schicht 384a befindet. Gleichermaßen beinhaltet die Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschicht 380b eine Schicht 382b mit einer Dicke 392, eine Schicht 384b mit einer Dicke 394, die sich über der Schicht 382b befindet, und eine Schicht 386b mit einer Dicke 396, die sich über der Schicht 384b befindet. Des Weiteren können alle anderen Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten, die in dem Ausbuchtungspropagationskörper 370 enthalten sind, ähnlich beschaffen sein. Dementsprechend beinhaltet die Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschicht 380n eine Schicht 382n mit einer Dicke 392, eine Schicht 384n mit einer Dicke 394, die sich über der Schicht 382n befindet, und eine Schicht 386n mit einer Dicke 396, die sich über der Schicht 384n befindet. Es wird angemerkt, dass es bei manchen Ausführungsformen vorteilhaft oder wünschenswert sein kann, dass die Anzahl der Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten 380a–380n zehn oder mehr beträgt. Mit anderen Worten ist „n“ bei diesen Ausführungsformen wenigstens gleich zehn.

Die Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten 380a–380n können unter Verwendung einer beliebigen von zum Beispiel MOCVD, MBE, HVPE, PECVD oder ALE gebildet werden. Als ein spezielles Beispiel können die Schicht 382a und die Schichten 382b bis 382n AlN-Schichten mit einer Dicke 392 in einem Bereich von näherungsweise 0,5–6 nm sein. Die Schicht 384a und die Schichten 384b bis 384n können AlGaN-Schichten sein, die zur biaxialen Spannungsentlastung bereitgestellt werden und die eine Legierungszusammensetzung in einem Bereich von Al_YGa_(1-Y)N (0 < Y < 1) und eine Dicke 394 in einem Bereich von näherungsweise 0,5–6 nm aufweisen können. Zudem können die Schicht 386a und die Schichten 386b bis 386n GaN-Schichten mit einer Dicke 396 in einem Bereich von näherungsweise 1–8 nm sein.

In Bezug auf die Schichten 384a bis 384n, wie oben angegeben, sind jene AlGaN-Schichten zur biaxialen Spannungsentlastung bereitgestellt. Bei manchen Ausführungsformen kann es vorteilhaft oder wünschenswert sein, die AlGaN-Spannungsentlastungsschichten 384a bis 384n zwischen jeweiligen AlN-Schichten 382a bis 382n und jeweiligen GaN-Schichten 386a bis 386n zu beinhalten, um die Massenbelegung der Ausbuchtungen 378 in einem gewünschten Bereich zu halten. Wenn die Massenbelegung der Ausbuchtungen 378 gewünschte Werte überschreitet, kann die Kristallqualität von anschießend aufgewachsenen Vorrichtungsschichten aufgrund der Erzeugung von Versetzungsschleifen reduziert sein.

Es wird angemerkt, dass, obwohl das in 3B gezeigte Ausführungsbeispiel jede der Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten 380a–380n als Dreifachschichten darstellt, die Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten 380a–380n bei anderen Ausführungsformen weniger oder mehr als drei Schichten beinhalten können. Es wird ferner angemerkt, dass, obwohl die Schichten, die in den Ausbuchtungsausbreitungsmehrfachschichten 380a–380n enthalten sind, oben in Form einer im Wesentlichen konstanten III-Nitrid-Material- oder Legierungszusammensetzung beschrieben sind, diese Repräsentation lediglich beispielhaft ist. Bei anderen Ausführungsformen können zum Beispiel beliebige oder alle der Schichten 382a, 384a, 386a, 382b, 384b, 386b, ..., 382n, 384n und 386n in der Zusammensetzung abgestufte Schichten sein.

Dementsprechend offenbart die vorliegende Anmeldung eine Halbleiterkomponente mit einem III-Nitrid-Zwischenstapel einschließlich eines Ausbuchtungspropagationskörpers, der vorteilhaft das Wachstum von III-Nitrid-Vorrichtungsschichten oder -filmen mit erheblich verbesserter Kristallqualität ermöglicht. Das heißt, die anschließend aufgewachsene darüber liegende III-Nitrid-Vorrichtungsschichten oder -filme weisen im Vergleich zu III-Nitrid-Vorrichtungsschichten oder -filmen in herkömmlichen Halbleiterkomponenten, bei denen der vorliegend offenbarte Ausbuchtungspropagationskörper weggelassen ist, reduzierte Kristallversetzungen auf. Infolgedessen ermöglicht das in der vorliegenden Anmeldung offenbarte erfinderische Konzept vorteilhafterweise eine Herstellung von zum Beispiel III-Nitrid- und anderen Gruppe-III-V-basierten Transistoren mit verbesserter Hochfrequenzleistungsfähigkeit und reduziertem Leckstrom unter hohen Drain-Vorspannungen.