层状结构制造技术

公开了层状结构。层状结构10包括：呈[100]晶体取向的基板；呈[111]取向的结晶方铁锰矿氧化物层14；以及与结晶方铁锰矿氧化物层在晶体学上匹配的含金属层16。有利地，可以在整个行业常用的基板上生长高质量的含金属层，这开启了集成和成本益处。启了集成和成本益处。启了集成和成本益处。

【技术实现步骤摘要】
层状结构


[0001]一种具体地但非排他性用于在Si(100)基板上生长III
‑
N材料或者用于在Si(100)基板上生长含金属材料的层状结构。

技术介绍

[0002]许多应用需要在其上要生长或放置一个或多个器件层的高质量III
‑
N层。例如，可以在氮化镓(GaN)层上外延生长射频(RF)开关，以便获得合适的性质。通常，在GaN层下方在基板上存在多个层。
[0003]为了外延生长，层的晶体结构必须与其下方的层匹配或兼容。每层的晶体排列由材料的最低能量状态和其下方的层的晶体取向规定。因此，对于同质外延(与前一层相同的材料的生长)，晶体取向将是相同的，而对于大多数异质外延(与前一层不同的材料的生长)，晶体取向也将是相同的。在后续层的晶体结构不同(例如，生长在立方体的硅上的六边形的GaN)的情况下，后续层以兼容晶体取向生长。因此，GaN在Si(111)上以极性[0001]取向进行生长，而在(110)稀土氧化物的前一层上以半极性[11
‑
20]取向进行生长。
[0004]先前已经确定，结晶稀土氧化物以与其下方的层不同的晶体取向外延地生长。这被申请人称为“epi Twist
TM”。假如晶格常数大致匹配或者上层的晶格常数是下层的晶格常数的整数倍，则这可以被用于生长具有与基板或前一层不同的晶体取向的后续层。
[0005]已知使用双缓冲层在Si(111)基板上生长GaN(0001)，US 7,012,016。这在图1中被图示。
[0006]从US8846504中已知，通过使用扭曲到(110)的第一氧化钆层和具有较接近GaN(11
‑
20)的晶格常数的第二氧化铒层，在Si(100)上生长GaN(11
‑
20)。这在图2中被图示。
[0007]在电子器件和光子器件行业中，诸如GaN[0001]之类的纤锌矿(c方向)III
‑
N材料是优选的。对于电子器件，这种形式的GaN的极性性质是制造高电子迁移率晶体管(HEMT)所需的。因为Si(100)基板广泛可得，所以使用Si(100)基板也是优选的，并且因此便宜。与诸如Si(111)之类的硅的其他取向相比，还可商购较大直径(高达300mm)的Si(100)基板。此外，Si(100)提供了通常在Si(100)上制作的电子器件与光子器件集成的机会。
[0008]当前GaN芯片的一个问题在于，为了将它们集成到具有驱动电子器件的模块中，需要将GaN芯片接合到Si(100)上的模块，然后用布线连接它们。这引起了额外的故障模式和损失。这还可能使器件的速度受限于布线的电流容量。

技术实现思路

[0009]本专利技术寻求提供一种防止或克服以上提到的问题的层状结构。
[0010]本专利技术提供了一种层状结构，该层状结构包括：呈[100]取向或具有高达20
°
的错切的基板；呈[111]取向的结晶方铁锰矿氧化物层，所述呈[111]取向的结晶方铁锰矿氧化物层被定位、生长或沉积在基板上；以及含金属层，所述含金属层与结晶方铁锰矿氧化物层在晶体学上匹配。
[0011]呈[111]取向的结晶方铁锰矿氧化物层是有利的，因为它使得能够在呈[100]取向的基板上生长高质量的金属或含金属材料。有利地，可以在这种材料上生长光子器件和功率器件。例如，HEMT、RF开关、存储器件、致动器和传感器可以全都生长、沉积或接合到高质量的金属或含金属层上。有利地，较高的晶体质量提高了器件性能。例如，对于RF滤波器和HEMT，平面外方向上的单晶取向在所期望的晶体方向上导致较强的压电场。
[0012]结晶方铁锰矿氧化物层可以直接定位、生长或沉积在基板上。因此，不存在中间层。
[0013]基板可以包括硅(Si)。有利地，Si(100)在大直径晶片中是广泛可用的并且通常用于电子器件。有利地，在根据本专利技术的层状结构上生长的器件可以与直接生长在Si(100)上的不同器件集成，这被称为异构集成。在Si(100)上生长的器件是用于本文中描述的层状结构上生长的器件的驱动功率电子器件的情况下，这可以避免对连接器件的布线的需求。有利地，器件性能变成速度限制因素，而不是布线。有利地，通过省略布线来消除潜在的故障模式。
[0014]结晶方铁锰矿氧化物可以是外延的。有利地，通过外延沉积或生长较容易地获得良好的结晶性。
[0015]结晶方铁锰矿氧化物可以是稀土氧化物。结晶方铁锰矿氧化物可以是氧化钪(Sc2O3)。有利地，在Si(100)上以[111]取向生长氧化钪。有利地，高质量的金属或含金属材料可以在Sc2O3(111)上以有益的取向生长。
[0016]含金属层可以是外延的。有利地，含金属层可以在同一工具中紧接在结晶方铁锰矿氧化物层之后生长、沉积。有利地，降低或消除了在层之间引入污染的风险。
[0017]含金属层可以是III
‑
N材料。它可以是氮化镓(GaN)。有利地，这是用于例如HEMT的优质材料。它可以是氮化铝(AlN)。这是用于诸如射频滤波器之类的压电器件的优质材料。它可以是钼(Mo)。这是用于滤波器的背电极或者用于光子器件的有效反射层或背接触件的优质材料。它也是用于滤波器中的HEMT屏障的III
‑
(RE)
‑
N材料的后续生长的优质材料。
[0018]含金属层可以被溅射。有利地，可以提供具有结晶方铁锰矿氧化物层的基板作为模板。含金属层可以在相同或不同的制造位置中被溅射到模板上。例如，一方可以制作模板，而另一方可以接收模板并在其上溅射含金属层。可替换地，可以在一个位置制作模板，并且可以通过同一实体或附属实体在另一位置处将含金属层溅射到其上。在某些情形下，溅射含金属层可能比外延生长或其他沉积方法便宜和/或快。
[0019]被溅射的含金属层可以是Mo。有利地，Mo在行业中通常是被溅射的，因此用于溅射Mo的工艺是成熟的且可重复的。可替换地，被溅射的材料可以是诸如GaN或AlN之类的III
‑
N材料。
[0020]本专利技术还提供了一种包括所描述的层状结构的光子器件。光子器件可以是光电发射器、光电检测器或组合的光电发射器和光电检测器。它可以是LED或微型LED。有利地，这些应用中的每一个得益于本层状结构的较高质量的含金属层和/或异构集成益处。
[0021]本专利技术还提供了包括所描述的层状结构的电子器件、射频滤波器或高电子迁移率晶体管。有利地，这些应用中的每一个得益于本层状结构的较高质量的含金属层和/或异构集成益处。
[0022]本专利技术还提供了一种制造层状结构的方法，所述方法包括以下步骤：在呈[100]晶
体取向或错切高达20
°
的基板上外延地沉积呈[111]取向的结晶方铁锰矿氧化物；以及在结晶方铁锰矿氧化物层上沉积含金属层。
[0023]有利地，该方法在常用取向的基板上提供了较高质量的金属或含金属材料。有利地，较高的晶体质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种层状结构(10)，包括：
·
呈[100]晶体取向或具有高达20
°
的错切的基板(12)；
·
呈[111]取向的结晶方铁锰矿氧化物层(14)，所述呈[111]取向的结晶方铁锰矿氧化物层(14)被定位、生长或沉积在基板(12)上的；以及
·
含金属层(16)，所述含金属层(16)与结晶方铁锰矿氧化物层(14)在晶体学上匹配。2.根据权利要求1所述的层状结构(10)，其中，基板(12)包括硅。3.根据权利要求1或权利要求2所述的层状结构(10)，其中，结晶方铁锰矿氧化物层(14)是外延的。4.根据任何前述权利要求所述的层状结构(10)，其中，结晶方铁锰矿氧化物层(14)是结晶稀土氧化物层(14)。5.根据任何前述权利要求所述的层状结构(10)，其中，结晶方铁锰矿氧化物层(14)是氧化钪Sc2O3。6.根据任何前述权利要求所述的层状结构(10)，其中，含金属层(16)是外延的。7.根据权利要求6所述的层状结构(10)，其中，含金属层(16)是III
‑
N材料、GaN、AlN或钼。8.根据权利要求1至5中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：IQE公开有限公司，
类型：发明
国别省市：