经由单晶REN和REO缓冲层在硅上形成的III族半导体外延制造技术

描述了用于在Si

Epitaxy of Group III Semiconductors on Silicon via Single Crystal REN and REO Buffer Layers

Described for use in SI

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】经由单晶REN和REO缓冲层在硅上形成的III族半导体外延相关申请的交叉引用本申请要求2016年4月13日提交的美国临时专利申请第62/322,141号的权益，通过引用将其全部内容并入本文。
技术介绍
在许多情况下，由于半导体晶格和硅晶片之间的晶格热膨胀和其它错配，不可能在Si<100>和Si<110>晶片上直接外延生长III-V族半导体。外延的稀土元素氧化物(REO)可以用作硅晶片和半导体层之间的中间层，以便使III族半导体能够生长，但是REO层可能具有它们自身的晶格错配问题。对于具有立方-方铁锰矿晶格结构的REO，氧化物的多晶型以及不同的氧化态可能出现由晶片的Si<110>和Si<100>取向与REO之间的晶格错配所导致的各种问题，并最终限制生长期望品质和厚度的III族半导体的能力。专利技术概述本文描述了用于在Si<110>和Si<100>上形成III-V族半导体的层结构。层结构包括具有<100>取向的硅的第一层。稀土元素氧化物层在第一层上方。含III族的层在稀土元素氧化物层上方。含III族的层具有<100>取向或<0001>取向。外延形成稀土元素氧化物层和含III族的层。该层结构可以具有介于层之间的界面，该界面是在<100>取向和<110>取向之间的晶体取向的突然旋转。该界面可以在第一层和相邻层之间。该层结构可以具有在含稀土元素层和第一相邻层之间的界面，第一相邻层具有厚度大于100nm的区域。该区域具有稀土元素层的第一元素和相邻层的第二元素的合金。第一相邻层可以是含III-V族的层，并且第一元素可以是V族元素。第一相邻层可以是晶态稀土元素氧化物层，第一元素可以是稀土元素。稀土元素氧化物层可以是晶态稀土元素氧化物，并且含III族的层可以是具有<100>取向的含III-V族的层。该层结构可以包括在第一层和晶态稀土元素氧化物层之间的具有<100>取向的氮化物层。该层结构可以具有在晶态稀土元素氧化物层和含III-V族的层之间的含稀土元素和V族(RE-V)的层。层结构可以包括在第一层上方并且具有<0001>取向的六方稀土元素氧化物层。该稀土元素氧化物层可以是立方稀土元素氧化物层，并且含III族的层可以是氮化物和III族的层。该六方稀土元素氧化物层可以外延形成。该层结构还可以包括在六方稀土元素氧化物层上方的含立方稀土元素氮化物的层。第一层和立方稀土元素氧化物层之间的界面可以是在<100>取向和<110>取向之间的晶体取向的单一旋转。该层结构还可以包括具有<0001>取向的稀土元素硅化物(RESi)层。RESi层可以与立方稀土元素氧化物层相邻，并且RESi层和立方稀土元素氧化物层之间的界面可以是<110>取向和<0001>取向之间的晶体取向的单一旋转。六方稀土元素氧化物层和立方稀土元素氧化物层之间的界面可以是<110>取向和<0001>取向之间的晶体取向的单一旋转。层结构具有硅的第一层，其具有<110>取向。六方稀土元素氧化物层在第一层上方并具有<0001>取向。含III族氮化物的层在六方稀土元素氧化物层上方。外延形成六方稀土元素氧化物层和含III族氮化物的层，并且含III族氮化物的层具有<0001>取向。层结构可以包括在六方稀土元素氧化物层上方的具有<111>取向的含立方稀土元素氮化物(RE-氮化物)的层。附图简述当结合附图考虑以下详细描述时，本公开主题的进一步特征、其性质和各种优点将是清楚的，其中相同的附图标记始终表示相同的部件，并且其中：图1是根据说明性实施方式的现有技术结构的一般层图，该结构包括经由REO缓冲层在Si<111>上的具有<111>取向的III-V族半导体层。图2是根据说明性实施方式，在Si<100>上生长具有<100>取向的REO的非常受限制的现有技术方法的层图；图3是根据说明性实施方式的拥有在Si<100>上的III族半导体层的一般结构的层图，其经由REO缓冲层；图4是根据说明性实施方式的拥有在Si<100>上的具有<100>取向的III-V族半导体层的结构的层图，其经由REO缓冲层；图5是根据说明性实施方式的拥有在Si<100>上的具有<100>取向的III-V族半导体层的结构的层图，其经由立方REO层以及含稀土元素和V族合金(RE-V)层；图6是根据说明性实施方式的拥有在Si<100>上的具有<100>取向的III-V族半导体层的结构的层图，其经由立方稀土元素氮化物(REN)层和立方REO层；图7是根据说明性实施方式的拥有在Si<100>上的具有III族氮化物(III-N)半导体层的结构的层图，其经由立方REO层和六方REO层；图8是根据说明性实施方式的拥有在Si<100>上的具有<0001>取向的III-N半导体层的结构的层图，其经由立方REO层、六方REO层和立方REN层；图9是根据说明性实施方式的拥有在Si<100>上的具有<0001>取向的III-N半导体层的结构的层图，其经由立方REO层、六方稀土元素硅化物(RESi)层、六方REO层和立方REN层；图10是根据说明性实施方式的拥有在Si<110>上的具有<0001>取向的III-N半导体层的结构的层图，其经由六方REO层和立方REN层；图11是根据说明性实施方式的在后续处理中形成的层之间的化学屏障的层图；和图12是根据说明性实施方式的六方材料在立方材料上的晶体学对准的示意图。详细描述在以下描述中，出于解释的目的阐述了许多细节。然而，本领域普通技术人员将认识到，可以在不使用这些具体细节的情况下实施本文描述的实施方案。在其它情况下，以框图形式示出了公知的结构和器件，使得描述不会被不必要的细节所模糊。在半导体工业中，电子器件和光子器件的集成是减少芯片尺寸和成本的主要驱动力。由于大多数电子器件和光子器件形成于Si<100>或Si<110>上，因为在这些晶体取向中的电荷载流子迁移率更高，因此能够在Si<100>或Si<110>上生长光子和电子器件异质结构是有利的。然而，III族半导体层几乎不可能直接在Si<100>或Si<110>上生长，因此使用使晶格应变松弛并改善III族半导体层与Si<100>或Si<110>层之间的热膨胀差异的缓冲层，开启了在商业上关键的Si<100>和Si<110>上外延III族半导体层的可能性。已经发表了许多建议，包括使用稀土元素氧化物作为缓冲层以便在<111>取向的晶体硅晶片上生长半导体材料。例如，题为“MethodofFormingaRare-EarthDi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种层结构，其包含：第一层，该第一层包含硅并且具有<100>取向；在第一层上方的含稀土元素氧化物的层；含III族层，该含III族层在含稀土元素氧化物层上方并且具有<100>取向或<0001>取向；其中含稀土元素氧化物层和含III族层是外延形成的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.13 US 62/322,1411.一种层结构，其包含：第一层，该第一层包含硅并且具有<100>取向；在第一层上方的含稀土元素氧化物的层；含III族层，该含III族层在含稀土元素氧化物层上方并且具有<100>取向或<0001>取向；其中含稀土元素氧化物层和含III族层是外延形成的。2.根据权利要求1所述的层结构，其中层之间的至少一个界面是<100>取向和<110>取向之间的晶体取向的突然旋转。3.根据权利要求2所述的层结构，其中所述至少一个界面位于所述第一层和相邻层之间。4.根据权利要求2所述的层结构，其中所述至少一个界面位于所述含稀土元素氧化物层和相邻层之间。5.根据权利要求1所述的层结构，其中含稀土元素层和第一相邻层之间的至少一个界面具有厚度大于约100nm的区域；并且该区域包括合金，该合金包含：所述含稀土元素层的第一元素；和相邻层的第二元素。6.根据权利要求5所述的层结构，其中：所述第一相邻层是含III-V族层；并且第一元素是V组元素。7.根据权利要求5所述的层结构，其中：所述第一相邻层是晶态的稀土元素氧化物层；并且第一元素是稀土元素。8.根据权利要求1所述的层结构，其中：所述含稀土元素氧化物层是晶态的稀土元素氧化物层；并且所述含III族层是具有<100>取向的含III-V族层。9.根据权利要求8所述的层结构，还包含在所述第一层和所述晶态稀土元素氧化物层之间的具有<100>取向的氮化物层。10.根据权利要求8所述的层结构，还包含在所述晶态稀土元素氧化物层和所述含III-V族层之间的含稀土元素和V族(RE-V)层。11....

【专利技术属性】
技术研发人员：R·达尔基斯，A·克拉克，M·莱贝，R·佩尔策尔，
申请(专利权)人：IQE公开有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB