(57)【要約】  ワイドバンドギャップ材料内に、接合温度低下、動作中の高電力密度化、及び定格電力密度における信頼性向上を達成する高電力デバイスを形成する方法を、結果的に得られる半導体構造及びデバイスと共に開示する。本方法は、ダイアモンドの層を炭化珪素ウェハに添加して、得られる複合ウェハの熱伝導率を高め、その後、炭化珪素の上におけるエピタキシャル成長を支持するためにその十分な厚さを保持しつつ、複合ウェハの炭化珪素部分の厚さを削減し、複合ウェハの炭化珪素面を、その上におけるエピタキシャル成長のために、準備し、第ＩＩＩ族窒化物ヘテロ構造を、ウェハの準備した炭化珪素面に添加することを含む。
2007519262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイドバンドギャップ材料内に、接合温度低下、動作中の高電力密度化、及び、定格電力密度における信頼性向上を達成する高電力デバイスを形成する方法であって、
低熱伝導率材料のウェハに、高熱伝導率材料の層を添加するステップであって、前記低熱伝導率材料が、前記高熱伝導率材料よりも優れた第ＩＩＩ族窒化物に対する結晶格子一致度を有することにより、得られる複合ウェハの熱伝導率を高めるステップと、
その後、前記低熱伝導率部分の上におけるエピタキシャル成長を維持するためにその十分な厚さを保持しつつ、前記複合ウェハの低熱伝導率部分の厚さを削減するステップと、
前記複合ウェハの低熱伝導率表面を、その上におけるエピタキシャル成長のために、準備するステップと、
少なくとも１つの第ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を、前記ウェハの準備した低熱伝導率面に添加するステップと、
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、該方法は、金属、窒化硼素、及びダイアモンドから成る群から、前記高熱伝導率材料を添加するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、前記低熱伝導率材料は、シリコン、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化アルミニウム・ガリウム、酸化亜鉛、アルミン酸リチウム、没食子酸リチウム、酸化マグネシウム、アルミン酸ニッケル、及びサファイアから成る群から選択することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、前記少なくとも１つの第ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を添加するステップは、少なくとも１つの第ＩＩＩ族窒化物ヘテロ構造を添加することから成ることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項２記載の方法において、該方法は、厚さが約１００及び３００ミクロンのダイアモンド層を追加するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法において、前記低熱伝導率部分の厚さを削減するステップは、前記低熱伝導率部分をラッピング及び研磨することから成ることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、前記低熱伝導率部分の厚さを削減するステップは、
前記ダイアモンドを堆積するステップの前に、前記低熱伝導率部分内に打ち込み層を形成するために、前記低熱伝導率部分における所定の深さに、前記低熱伝導率部分を打ち込むステップと、
その後、前記ダイアモンドを堆積するステップと、
その後、前記打ち込んだ層において前記低熱伝導率部分を分離することによって、前記低熱伝導率部分の厚さを削減するステップと、
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７記載の方法において、該方法は、打ち込み層を形成するために、前記低熱伝導率部分に酸素又は水素を打ち込み、その後、前記打ち込み層において前記低熱伝導率部分を分離するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法において、該方法は、化学蒸着によって前記低熱伝導率部分上に前記ダイアモンドを堆積するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法において、高熱伝導率材料を添加する前記ステップは、ニッケル、タングステン、モリブデン、及びその合金から成る群から選択した金属を添加することから成ることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１記載の方法であって、
前記得られた複合ウェハの熱伝導率を高めるために、ダイアモンドの層を高珪素ウェハに添加するステップと、
その後、炭化珪素の上におけるエピタキシャル成長を支持するためにその十分な厚さを保持しつつ、前記複合ウェハの炭化珪素部分の厚さを削減するステップと、
前記複合ウェハの炭化珪素面を、その上におけるエピタキシャル成長のために、準備するステップと、
第ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を前記ウェハの準備した炭化珪素面に添加するステップと、
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法において、該方法は、前記炭化珪素ウェハのＣ面上に前記ダイアモンド層を成長させ、前記ウェハのＳｉ面に前記ヘテロ構造を添加するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項４記載の方法において、前記ＳｉＣ面を準備するステップは、前記ＳｉＣ面を研磨することから成ることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１１記載の方法において、前記ＳｉＣ部分の厚さを削減するステップは、前記ＳｉＣ部分をラッピング及び研磨することから成ることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１１記載の方法において、該方法は、
高周波デバイス用半絶縁基板を得るために、半絶縁炭化珪素の層上に半絶縁ダイアモンドの層を堆積するステップと、
その後に、ウェハ処理の間機械的安定性を高めるために、前記半絶縁層上に第２のダイアモンド層を堆積するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１１記載の方法において、該方法は、前記炭化珪素に対向して、前記ダイアモンド層にダイアモンド以外の第２材料の層を添加するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
ワイドバンドギャップ材料内において、接合温度低下、動作中の高電力密度化、及び、定格電力密度における信頼性向上を達成する高電力デバイスであって、
低熱伝導率材料のウェハの一方の面上における、高熱伝導率材料の層であって、前記低熱伝導率材料が、前記高熱伝導率材料よりも優れた第ＩＩＩ族窒化物に対する結晶格子一致度を有することにより、得られる複合ウェハの熱伝導率を高める、層と、
前記高熱伝導率材料がある前記面とは逆側の前記ウェハの面上における、少なくとも１つの第ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層と、
を備えていることを特徴とする高電力デバイス。
【請求項１８】
請求項１７記載のデバイスにおいて、前記高熱伝導率材料は、金属、窒化硼素、及びダイアモンドから成る群から選択することを特徴とするデバイス。
【請求項１９】
請求項１７記載のデバイスにおいて、前記低熱伝導率材料は、シリコン、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化アルミニウム・ガリウム、酸化亜鉛、アルミン酸リチウム、没食子酸リチウム、酸化マグネシウム、アルミン酸ニッケル、及びサファイアから成る群から選択することを特徴とするデバイス。
【請求項２０】
請求項１７記載のデバイスであって、該デバイスは、少なくとも１つの第ＩＩＩ族窒化物ヘテロ構造を備えていることを特徴とするデバイス。
【請求項２１】
ワイドバンドギャップ高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）であって、
炭化珪素よりも高い熱伝導率のヒート・シンクを設けるダイアモンド基板と、
前記ダイアモンド基板上にあり、第ＩＩＩ族窒化物エピ層に好ましい結晶成長表面を設けるための、半絶縁単結晶炭化珪素層と、
前記炭化珪素層上にあり、炭化珪素と第ＩＩＩ族窒化物との間の結晶遷移を高める、バッファ層と、
前記バッファ層上にある、第１の第ＩＩＩ族窒化物の第１エピタキシャル層と、
前記第１エピタキシャル層上にあり、前記第１エピ層と共にヘテロ接合を形成する、異なる第ＩＩＩ族窒化物の第２エピタキシャル層であって、該第２エピ層の前記第ＩＩＩ族窒化物が、前記第１エピ層の前記第１の第ＩＩＩ族窒化物よりも広いバンドギャップを有し、前記第１及び第２エピ層の界面において、前記第１エピ層内に二次元電子ガスを発生する、第２エピタキシャル層と、
前記第２エピタキシャル第ＩＩＩ族窒化物層に対する各ソース、ゲート、及びドレイン・コンタクトであって、前記ソース及びドレイン間に電流の流れを発生し、前記ゲートに印加する電圧によって制御する、ソース、ゲート、及びドレイン・コンタクトと、
を備えていることを特徴とするワイドバンドギャップ高電子移動度トランジスタ。
【請求項２２】
請求項２１記載のＨＥＭＴにおいて、前記第１エピタキシャル層は、窒化ガリウムから成り、前記第２エピタキシャル層は、窒化アルミニウム・ガリウムのドープ層と、窒化アルミニウム・ガリウムの非ドープ層とから成り、前記非ドープ窒化アルミニウム・ガリウムが前記非ドープ窒化ガリウム層に隣接していることを特徴とするＨＥＭＴ。
【請求項２３】
請求項２１記載のＨＥＭＴにおいて、前記第１エピタキシャル層は、窒化ガリウムから成り、前記第２エピタキシャル層は、窒化アルミニウム・ガリウムの層と、窒化アルミニウムの非ドープ層とから成り、前記非ドープ窒化アルミニウム層が前記非ドープ窒化ガリウム層に隣接していることを特徴とするＨＥＭＴ。
【請求項２４】
請求項２１記載のＨＥＭＴにおいて、該ＨＥＭＴは更に、前記ＨＥＭＴに対する機械的支持を付加するために、前記ダイアモンド基板に機械的基板を備えていることを特徴とするＨＥＭＴ。
【請求項２５】
請求項２１記載のＨＥＭＴにおいて、前記ダイアモンド基板は、互いに特性が異なる少なくとも２つの離散ダイアモンド層で形成されていることを特徴とするＨＥＭＴ。
【請求項２６】
請求項２７記載のワイドバンドギャップ高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）において、
前記バッファ層は、前記炭化珪素基板上にある第ＩＩＩ族窒化物バッファ層であり、
前記第１エピタキシャル層は、前記バッファ層上にある窒化ガリウムのエピタキシャル層であり、
前記第２エピタキシャル層は、前記窒化ガリウム・エピ層と共にヘテロ接合を形成するために前記窒化ガリウム・エピタキシャル層上にある窒化アルミニウム・ガリウムのエピタキシャル層であり、前記窒化アルミニウム・ガリウムは、前記窒化ガリウム及び窒化アルミニウム・ガリウム・エピ層の界面において、前記窒化ガリウム・エピ層内に二次元電子ガスを発生するために、前記窒化ガリウム・エピタキシャル層よりも広いバンドギャップを有する、
ことを特徴とするワイドバンドギャップ高電子移動度トランジスタ。
【請求項２７】
請求項２６記載のＨＥＭＴにおいて、前記窒化ガリウム層はドープされておらず、前記窒化アルミニウム・ガリウム層はｎ−ドープされていることを特徴とするＨＥＭＴ。
【請求項２８】
請求項２６記載のＨＥＭＴにおいて、前記バッファ層は、窒化アルミニウムから成ることを特徴とするＨＥＭＴ。
【請求項２９】
請求項２６記載のＨＥＭＴにおいて、前記窒化アルミニウム・ガリウム層は、ドープ層及び非ドープ層で形成されており、前記非ドープ窒化アルミニウム・ガリウム層が前記非ドープ窒化ガリウム層に隣接し、前記オーミック・コンタクトが前記ドープ層に至ることを特徴とするＨＥＭＴ。
【請求項３０】
請求項２６記載のＨＥＭＴにおいて、前記窒化アルミニウム・ガリウム層は、２つの非ドープ層間にあるドープ層で形成され、前記非ドープ層の一方が前記非ドープ窒化ガリウム層に隣接し、前記非ドープ層の他方が、前記それぞれのオーミック・コンタクトに接触することを特徴とするＨＥＭＴ。
【請求項３１】
請求項２６記載のＨＥＭＴであって、該ＨＥＭＴは更に、前記ヘテロ接合の上方にパシベーション層を備えていることを特徴とするＨＥＭＴ。
【請求項３２】
請求項２１又は２６記載のＨＥＭＴにおいて、該ＨＥＭＴは、高熱伝導率材料内に封入されていることを特徴とするＨＥＭＴ。
【請求項３３】
半導体デバイス用のウェハ先駆体であって、
直径が少なくとも２インチである、単結晶炭化珪素の基板と、
前記炭化珪素基板の第１面上にあるダイアモンドの層と、
を備えており、
前記炭化珪素基板の反対側の面が、その上における第ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル成長のために、準備されている
ことを特徴とするウェハ先駆体。
【請求項３４】
請求項３３記載のウェハ先駆体において、前記炭化珪素基板は、直径が少なくとも３インチであることを特徴とするウェハ先駆体。
【請求項３５】
請求項３３記載のウェハ先駆体において、前記炭化珪素基板は、直径が少なくとも１００ｍｍであることを特徴とするウェハ先駆体。
【請求項３６】
請求項３３記載のウェハ先駆体において、前記第ＩＩＩ族窒化物活性構造は、少なくとも１つのヘテロ構造を含むことを特徴とするウェハ先駆体。
【請求項３７】
請求項５０記載のウェハ先駆体において、該先駆体は、前記炭化珪素基板上、及び前記基板と前記ヘテロ構造との間にバッファ層を備えていることを特徴とするウェハ先駆体。
【請求項３８】
半導体レーザであって、
ダイアモンド基板と、
前記ダイアモンド基板上にある単結晶炭化珪素層と、
前記炭化珪素層上にある少なくとも１つの第１クラッディング層と、
前記少なくとも１つのクラッディング層上にある第ＩＩＩ族窒化物活性部分と、
前記活性部分上にある少なくとも１つの第２クラッディング層と、
を備えていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３９】
請求項３８記載の半導体レーザにおいて、該半導体レーザはさらに、前記炭化珪素層と前記第１クラッディング層との間にバッファ層を備えていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項４０】
請求項３８記載の半導体レーザにおいて、該半導体レーザは、多結晶ダイアモンド基板を備えていることを特徴とする半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧、高温、及び高周波の用途に適した材料で形成した半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体に精通している者には周知であろうが、シリコン（Ｓｉ）及びガリウム砒素（ＧａＡｓ）というような材料には、低電力及び（Ｓｉの場合には）低周波の用途に向けた半導体材料において広い応用分野があることが分かっている。これらの半導体材料は、しかしながら、そのバンドギャップが比較的狭いこと（例えば、室温においてＳｉでは１．１２ｅＶ、そしてＧａＡｓでは１．４２）、及びブレークダウン電圧が比較的低いことのために、高電力高周波用途には望ましい程には普及していない。
【０００３】
したがって、高電力、高温及び高周波用途における関心は、炭化珪素（室温においてアルファＳｉＣでは２．９９６ｅＶ）及び第ＩＩＩ族窒化物（例えば、室温において窒化ガリウムでは３．３６ｅＶ）のような、バンドギャップが広い半導体材料に移っている。これらの材料の方が、ガリウム砒素及びシリコンと比較すると、電界ブレークダウン強度が高く、電子飽和速度も高い。
【０００４】
第ＩＩＩ族窒化物半導体は、それらのバンドギャップ特性が広く直接的であるために、ソラー・ブラインド光検出器(solar blind photodetector)、青色発光及びレーザ・ダイオード、並びに高温及び光電力電子部品を含む多くの用途の候補になっている。窒化ガリウム−窒化アルミニウム・ガリウム（ＧａＮ／ＡｌＧａＮ）ヘテロ構造は、高電力及び高温において動作する高移動度トランジスタにおけるその潜在的用途のために、特別な関心が寄せられている。
【０００５】
他の便益に加えて、窒化ガリウム・トランジスタは、理論的に、又は実際に、ガリウム砒素と比較して、数倍高い電力密度を発揮することができる。このように電力密度が高い程、小さいチップでも同じ電力量を扱うことが可能となり、このためにチップ・サイズが縮小し、ウェハ当たりのチップ数が増大し、したがってチップ当たりのコストが低下する好機が得られる。あるいは、同様の大きさにすれば、デバイスが扱うことができる電力が増大し、サイズ縮小という利点を得ることができ、これは望ましい又は必要なことである。
【０００６】
高周波、光電力デバイスの駆動力の一例として、セルラ電話機器は、半導体の巨大市場と急速になりつつあり、パーソナル・コンピュータの市場でさえも凌駕する潜在的な可能性もある。この増大が、更に高機能化及び高性能をもたらすために、基礎インフラストラクチャに対して対応する需要を駆り立てている。予期される変化には、例えば、９００ＭＨｚ〜２．１ＧＨｚを含む更に高い周波数への、適したスペクトル空間を得るために使用する周波数が増々高くなることが含まれる。このように信号の周波数が高くなるに連れて、これに応じて必要となる電力レベルも高くなる。
【０００７】
特に関心のある高周波光電力デバイスは、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、及び変調ドープ電界効果トランジスタ（ＭＯＤＦＥＴ）、又はヘテロ接合電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ）のような、関連デバイスである。これらのデバイスは、多くの状況下において、動作上の利点をもたらす。何故なら、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）が、バンドギャップ・エネルギが異なる２つの異なる半導体材料のヘテロ接合において形成され、バンドギャップが小さい材料の方が高い電子親和性を有しているからである。２ＤＥＧは、ドープされていない、バンドギャップが小さい方の材料における蓄積層であり、平方センチメートル（ｃｍ−２）当たり約１０１２〜１０１３キャリア程度の非常に高い面電子濃度を含有することができる。加えて、ドープされている、バンドギャップが高い方の材料において発生する電子が２ＤＥＧに転移し、イオン化不純物散乱の減少により、高い電子移動度が可能となる。代表的な第ＩＩＩ族窒化物ＨＥＭＴでは、二次元電子が図は、窒化ガリウム／窒化アルミニウム・ガリウムヘテロ構造の界面上に位置する。
【０００８】
この高電子濃度及び高キャリア移動度の組み合わせにより、ＨＥＭＴは、高周波用途では金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）に対して、非常に大きなトランスコンダクタンス、及び強大な性能上の便益を備えている。窒化ガリウム／窒化アルミニウム・ガリウム（ＧａＮ／ＡｌＧａａＮ）材料系で製作した高電子移動度トランジスタは、その独特な材料特性の組み合わせのために、大量のＲＦ電力を発生する潜在的可能性を有する。その材料特性には、前述の高ブレークダウン電界、広いバンドギャップ、大きな伝導帯オフセット、及び高い飽和電子ドリフト速度が含まれる。
【０００９】
この分野における最近の開発について、米国特許第６，５８６，７８１号、第６，５４８，３３３号、及び第６，３１６，７９３号、並びに米国公開特許出願第２００２０１６７０２３号及び第２００３０１０２４８２号に記述されている。とは言え、これらに限られるのではない。その各々の内容は、ここで引用したことにより、その全体が本願にも含まれているものとする。関連する刊行物には、Pribble et al., Applications of SiC MESFET and GaN HEMTs in Power Amplifier Design（電力増幅器設計におけるＳｉＣ  ＭＥＳＦＥＴ及びＧａＮ  ＨＥＭＴの応用）, International Microwave Symposium Digest, 30:1819-1822(2002)が含まれる。
【００１０】
この種の高電力半導体デバイスは、マイクロ波帯において動作し、ＲＦ通信ネットワーク及びレーダ用途において用いられ、先に注記したように、セルラ電話基地局送信機の複雑性、したがってコストを著しく低減する潜在的可能性を提供する。高電力マイクロ波半導体デバイスの他の潜在的可能性のある用途には、従来の電子レンジにおいて比較的コストがかかるチューブ(tube)及び変圧器との置換、衛星送信機の長寿命化、及び個人通信システム基地局送信機の効率向上が含まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
これらのデバイスの出力電力及び動作周波数が改善し続けるに連れて、デバイス、更に多デバイス・チップ及び回路から発生する熱量も対応して増加し続ける。加えて、このようなデバイスの設計の目標及び市場から生ずる目的には、このような電子構成部品の継続的な小型化及び軽量化が含まれる。したがって、封入密度は、上昇しており、また今後も上昇するであろう。その結果、過剰な熱を排出するか、又は動作中のデバイスに対する熱の影響をそれ以外の方法で緩和するために、何らかの対策を含ませる必要がある。
【００１２】
過剰な熱は、様々な問題を引き起こす可能性がある。温度が高い程導電性が低下する一方、最高周波数及び最大電力双方が減少する。また、温度が高い程、トンネリング及び漏れが増大し、デバイスの性能が低下し、劣化及びデバイスの故障が加速する。前向きな言い方をすれば、熱管理が改善されると、定格のデバイス寿命中に、動作周波数の上昇及び電力密度の上昇を実現することができる。
【００１３】
結晶成長に関する様々な利用のために、第ＩＩＩ族窒化物のバルク（即ち、適度に大きなサイズ）単結晶は、実用的な目的では利用できない。したがって、第ＩＩＩ族窒化物は、通例、他のバルク基板材料、最も一般的にはサファイア（Ａｌ２Ｏ３）及び炭化珪素（ＳｉＣ）上に形成される。サファイアは、比較的安価であり広く入手可能であるが、熱伝導率に乏しく、したがって高電力動作には適していない。加えて、デバイスによっては、導電性基板が好ましい場合もあるが、サファイアは、ドープによって導電性とすることができない。
【００１４】
炭化珪素は、サファイアよりも熱伝導性が高く、第ＩＩＩ族窒化物との格子一致度が高く（したがって、エピ層の品質向上を促進する）、ドープによって導電性とすることができるが、遥かに高価でもある。更に、炭化珪素上ＧａＮ／ＡｌＧａＮ  ＨＥＭＴの設計及び実証において進展もあるが（<i>例えば<／i>、先に引用した特許及び公開出願）、所望の定めた性能パラメータにおいて信頼性に一貫性がないために、相変わらず商用の開発は捗っていない。
【００１５】
したがって、高周波光電力半導体に基づくマイクロ波デバイスの継続的な改良が必要となっている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
一態様において、本発明は、ワイドバンドギャップ材料内に、接合温度低下、動作中の高電力密度化、及び定めた電力密度における信頼性向上を達成する高電力デバイスを形成する方法である。この態様では、本発明は、ダイアモンドの層を炭化珪素ウェハに添加して、得られる複合ウェハの熱伝導率を高め、その後、炭化珪素上におけるエピタキシャル成長を支持するためにその十分な厚さを保持しつつ、複合ウェハの炭化珪素部分の厚さを削減し、複合ウェハの炭化珪素面を、その上におけるエピタキシャル成長のために、準備し、第ＩＩＩ族窒化物ヘテロ構造を、ウェハの準備した炭化珪素面に添加することを含む。
【００１７】
別の態様では、本発明は、接合温度低下、動作中の高電力密度化、及び定めた電力密度における信頼性向上をもたらす高電力、ワイドバンドギャップ・デバイスである。この態様において、本発明は、炭化珪素よりも熱伝導率が高いヒート・シンクを設けるためのダイアモンド基板と、ダイアモンド基板上にあり、ワイドバンドギャップ材料構造のために、ダイアモンドの結晶格子一致度よりも高い支持結晶格子一致度を備えるための単結晶炭化珪素層と、単結晶炭化珪素層上にあり、デバイス特性を備えるための第ＩＩＩ族窒化物ヘテロ構造とを備えている。
【００１８】
更に別の態様では、本発明は、ワイドバンドギャップ高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）であり、等価量の炭化珪素よりも高い熱伝導率のヒート・シンクを設けるダイアモンド基板と、ダイアモンド基板上にあり、第ＩＩＩ族窒化物エピ層（「エピタキシャル層」及び「エピ層」は、ここでは相互交換可能に用いる）に好ましい結晶成長表面を設けるための、半絶縁炭化珪素単結晶層と、炭化珪素基板上にある、第１の第ＩＩＩ族窒化物の第１エピタキシャル層と、第１エピタキシャル層上にあり、第１エピ層と共にヘテロ接合を形成する、異なる第ＩＩＩ族窒化物の第２エピタキシャル層であって、第２エピ層の第ＩＩＩ族窒化物が、第１エピ層の第１の第ＩＩＩ族窒化物よりも広いバンドギャップを有し、第１及び第２エピ層の界面において、第１エピ層内に二次元電子ガス（２ＤＥＧ）を発生する、第２エピタキシャル層と、第２エピタキシャル第ＩＩＩ族窒化物層に対する各ソース、ゲート、及びドレイン・コンタクトであって、ソース及びドレイン間に電流の流れを発生し、ゲートに印加する電圧によって制御する、ソース、ゲート、及びドレイン・コンタクトとを備えている。
【００１９】
更に別の態様では、本発明は、半導体デバイスのウェハ先駆体であり、直径が少なくとも２インチの単結晶炭化珪素の基板と、炭化珪素基板の第１面上にあるダイアモンドの層と、第ＩＩＩ族窒化物エピ層又は活性構造の成長のために準備された第２面とを備えている。
【００２０】
更に別の態様では、本発明は、半導体レーザであり、ダイアモンド基板と、ダイアモンド基板上にある短毛一生炭化珪素層と、炭化珪素層上にある少なくとも１つの第１クラッディング層と、活性部分上にある第２クラッディング層とを備えている。
【００２１】
本発明の前述の及びその他の目的及び利点、並びにこれらを遂行する方法は、添付図面に関連付けた、以下に続く詳細な説明に基づくことにより、一層明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
この中に記載する本発明の利点は、互いに排他的でなく、必ずしも累積的(cumulative)でもないことは理解されるであろう。つまり、接合温度を低下させることによって、所与の定格の信頼性において電力密度上昇を達成することができ、あるいは既に得られている定格の電力密度において信頼性を向上することができ、あるいは、これらの（及びその他の）作用効果の何らかの組み合わせを達成することができる。
【００２３】
第１実施形態では、本発明は、バンドギャップが広い材料内に高電力デバイスを形成する方法であり、接合温度の低下、動作中における電力密度の上昇、及び定格電力密度における信頼性向上をもたらす。本方法を図１に模式的に示す。図１は、分割図（Ａ）〜（Ｅ）を含む。図１は、炭化珪素ウェハ１０を示す。好適な実施形態では、デバイス構造には最も有用であるように、炭化珪素ウェハ即ち基板１０は単結晶層であり、第ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層、及び本発明の主要目的の１つである、結果的に得られるデバイスにとって非常に適した基板を提供する。「ウェハ」という用語は、ここでは広義な意味で用い、一般的な形状及びサイズには限定されないものとする。
【００２４】
図１（Ｃ）は、本発明の方法における、炭化珪素基板１０にダイアモンド層１１を追加する工程を示している。ダイアモンド部分１１は、得られる複合ウェハの熱伝導率を高める。何故なら、ダイアモンドの伝導率（センチメートル、ケルビン当たり２０ワット（Ｗ／ｃｍ−Ｋ））が炭化珪素のそれ（４．９Ｗ／ｃｍ−Ｋ）の約４倍であるからである。好適な実施形態では、炭化珪素ウェハを、ダイアモンドの堆積（デポジット）のために、化学機械研磨工程（ＣＭＰ）によって準備する。これによって、成長するダイアモンドの表面形態を改善するのを促進することができ、ＳｉＣのＣ面上において行うことが最も好ましい。
【００２５】
図１（Ｄ）は、前に続いて実行される工程を示し、ここでは全体的に１２で示す。これは、複合ウェハの炭化珪素部分の厚さを削減する工程である。炭化珪素上においてエピタキシャル成長を支持するために十分な厚さの炭化珪素を保持しつつ、炭化珪素の所望の格子一致特性も保持する。好ましくは、厚さを可能な限り削減する、即ち、最少としつつ、窒化物エピ層に対する所望の格子一致を得るのに十分な厚さを残しておく。当技術分野における関連（「一般的」）技術者であれば理解されるであろうが、炭化珪素の格子定数は、必ずしも第ＩＩＩ族窒化物のそれらと同一でないものの、ダイアモンドのそれらよりは近い。言い方を変えると、そして先に注記したように、大きなサイズの第ＩＩＩ族窒化物単結晶基板は、現在、実用上の観点からは入手できない。したがって、他の何らかの材料を基板として用いるのが通例であり、多くの理由のために炭化珪素が好ましく、実際格子定数一致の観点から、ダイアモンドよりも相応しい。したがって、炭化珪素上における第ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の成長に精通している者であれば、格子定数が完全に一致している必要はなく、好ましくは、所望の高品質単結晶の成長を促進するのに十分な程度に近ければよいことを認めるであろう。
【００２６】
図１（Ｂ）は、炭化珪素部分の厚さを削減する方法の１つを示す。好適な実施形態では、炭化珪素基板１０には、炭化珪素内の所定の深さのところに酸素を打ち込み、点線１３で示すように、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）の層を形成する。この方法では、図１（Ｃ）に関して既に説明したように、ダイアモンド層１１を次に追加する。ダイアモンドを堆積した後、炭化珪素部分１０の厚さを、二酸化シリコン層において炭化珪素を分離することによって削減する。この結果、図１３に示す構造が得られる。この技法は、「ＳＩＭＯＸ」（「酸素打ち込みによる分離」）とも呼ばれ、打ち込んだ酸素からのＳｉＯ２の生成を更に促進するための加熱工程を含むことができる。
【００２７】
あるいは、炭化珪素部分の厚さを削減する工程は、もっと以前から存在するラッピング工程及び研磨工程で構成することができる。しかしながら、当業者には認められようが、ＳｉＣ削減工程（又は複数の工程）は、残りのデバイス製造工程との一貫性がなければならない。したがって、得られるデバイスのダイアモンド層の目的を損なう又は無にするような過剰に激しい機械的工程は、避けることが好ましい。
【００２８】
他の元素又はイオン（例えば、Ｈ＋）によるイオン打ち込みを用い、次いで打ち込んだ材料において分離することは、当技術分野では増々周知となりつつあり、「スマート・カット」プロセスと呼ばれている。これは、最初絶縁物上シリコン材料を得るために開発された。この技術に関する背景の情報源は、Moriceau et al., "New Layer Transfers Obtained by the Smart Cut Process" （スマート・カット・プロセスによって得られる新しい層転移）、Journal Of Electronic Materials, Vol. 32, No. 8, pages 829-835 (2003)、及びCellar et al., "Frontiers of Silicon-on-Insulator"（絶縁物上シリコンの最先端）、 Journal of Applied Physics, Vol. 93, No. 9, pages 4955ff(2003)によって明記されている最新の論述により、入手可能である。尚、これらの参考文献は、限定の目的ではなく例示のためであることは、理解されるであろう。
【００２９】
あるいは、分離は、熱応力（サーマルストレス）技法を用いて実行することもでき、その場合、打ち込みが行われた後にダイアモンド成長が行われたウェハを、打ち込まれた部分においてウェハを分離するのに十分なレートではあるが、ウェハが粉砕する冷却レート未満で冷却する。この分離は、所望又は必要に応じて、ダイアモンド成長工程の間に実行することができる。
【００３０】
好適な実施形態では、ダイアモンド層を炭化珪素ウェハの炭素面に添加し、エピタキシャル成長のために複合ウェハ１２の炭化珪素面を準備する工程の間シリコン面を保存し、続いて、準備したウェハの炭化珪素面に第ＩＩＩ族窒化物ヘテロ構造を添加する工程を行う。このように、ヘテロ構造を複合ウェハのシリコン面に添加する。この工程を図１（Ｅ）に示す。図１（Ｅ）では、ダイアモンド部１１及び厚さ削減炭化珪素１０の向きを図１（Ｄ）及び（Ｅ）間において逆にして、ダイアモンド１１が基板となり、その上に炭化珪素１０の層が位置するようにしている。また、図１（Ｅ）は、２つの異なる第ＩＩＩ族窒化物で形成したヘテロ構造を示しており、その最上部を１４で示し、下位部分を１５で示す。また、図１は、殆どの実施形態において、バッファ層１６が炭化珪素層１０とヘテロ構造層１４及び１５との間に含まれることも示す。排他的ではなく典型的な例として、ヘテロ構造層は、窒化アルミニウム・ガリウム（最上層１４）及び窒化ガリウム（中間層１５）で形成されており、バッファ層１６には窒化アルミニウムを選択している。適切なバッファ層、ヘテロ構造、成長方法、及びその他の関連情報は、例えば、先に記した特許、及び米国特許第５，３９３，９９３号、第５，２１０，０５１号、及び第５，５２３，５８９号に明記されている。これらの全ては、ここで引用したことにより、全体が本願にも含まれているものとする。
【００３１】
しかしながら、付加的な考慮点として、バッファ（用いる場合）及びヘテロ構造層を生成するために用いる種々のＣＶＤソース・ガス及び機器は、ダイアモンドと適合するように選択してしかるべきである。言い方を変えると、ソース・ガス、機器、及び関連品目は、ダイアモンドとの望ましくないあらゆる反応や効果を避けるように選択すべきである。
【００３２】
望ましければ、ダイアモンドは、その絶縁特性を高めるために、アニールすることができる。アニーリングは、第ＩＩＩ族窒化物エピ層の成長の前に炉又はダイアモンド堆積チャンバ内において、又はエピ層の成長の前にエピ層反応器において、又はエピ層の成長中に行うことができる。アンモニア（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）及び窒素（Ｎ２）をアニールの間周囲ガスとして用いると、結果が改善されることが観察されている。このような改善の理由は、未だ確定されておらず、このため、発明者は、この点に関するいずれの特定の理論にも束縛されることを望むものではない。
【００３３】
実施形態の中には、ダイアモンド層を炭化珪素に接合することができるものもあり、これらの技法は当技術分野において一般的に周知である。端的に要約すれば、接合は、通例、所望の材料を互いに接触して配置しつつ圧力及び熱を加えることからなる。更に好ましい実施形態では、しかしながら、化学蒸着によってダイアモンドを炭化珪素上に堆積する。ダイアモンドの化学蒸着は、近年増々広範囲において産業上の利用が可能となっており、機器は、例えば、カリフォルニア州、Santa ClaraのP1 Diamond Inc.、又はデラウェア州、WilmingtonのDelaware Diamond Knives （「ＤＤＫ」）のような製造元から入手可能である。ダイアモンドはその熱特性に関して利点があり、そして炭化珪素は結晶格子が一致するので、ダイアモンドは多結晶形態で堆積することができる。単結晶ダイアモンドの方がいくらか熱管理に関して利点が得られるが、全ての単結晶と同様、一般に多結晶材料よりも生産が困難又は複雑である。このため、多結晶ダイアモンドの使用の方が、実用にはいくらか便利である。当業者にはよく理解されているであろうが、ダイアモンドの化学蒸着を生成するには、水素及び炭化水素ガスの混合物を熱又は電気エネルギによって堆積反応器において付勢する。エネルギ、原材料、及び関連するパラメータは、全て、適した様式又は望ましい様式で調節することができる。例えば、www.p1diamond/com及びwww.ddk.comを参照のこと。可能であればいつでも、等方的に純粋なダイアモンド（即ち全１２Ｃ）も、約１パーセントの１３Ｃを含有する自然発生同位体分布よりも好ましい。
【００３４】
更に、ダイアモンド／ＳｉＣ界面は、熱抵抗が最少でなければならず、したがって、接合のようなプロセスを用いる場合、ダイアモンドとＳｉＣとの間の空隙は最少に抑えるか、又は根絶しなければならない。
【００３５】
ダイアモンドを堆積する厚さは、添加するヘテロ接合を支持するのに十分でありつつ、機能的利点がもはや得られないのに材料を追加することを回避する程度にする。言い方を変えると、一旦個々のウェハ又はデバイスに対して必要又は望ましい熱特性及び機械的支持が得られる十分な量のダイアモンドが含まれたならば、単にそれ以上ダイアモンドを添加しても、それ以上の便益や機能的利点は得られない。好適な実施形態では、適切なダイアモンド層の厚さは、本発明が特に適している種類であるヘテロ構造第ＩＩＩ族窒化物デバイスでは、約１００〜３００ミクロン（Ｂ５ｍ）の間である。
【００３６】
しかしながら、デバイスは通例、多工程プロセスにおいて製造されるので、本発明は、更に、特性が互いに異なる２層（以上）のダイアモンド（又は、１つがダイアモンド層、そして別の１つが第２材料層）を堆積することを含む可能性がある。追加層（又は複数の層）を付加する目的は、製造の目的のために、後に除去することができる追加の（一時的であっても）層を有しながら、最終デバイスに対する熱伝導特性を有するものを供給するためである。このため、この態様では、本方法は、半絶縁炭化珪素上に反絶縁ダイアモンドの層を堆積し、高周波デバイスのための半絶縁基板を提供する。その後、ダイアモンド（又はその他の材料）の第２層を、半絶縁層上に堆積し、ウェハ処理の間、機械的安定性を高める。機械的安定性のために添加する追加部分は、必ずしも半絶縁である必要ではない。何故なら、この態様では、本方法は、更に、第２ダイアモンド（又は他の材料）層を有するウェハを処理し（例えば、いずれかの適した又は汎用の工程）、その後デバイスが完成したときに第２層の一部（又は全部）を除去することを含むからである。例えば、第２層は、ヘテロ接合デバイスを得るための処理及び多数のエピタキシャル成長工程の間に機械的安定性を与えるために添加することができるが、ウェハ又はデバイスを貫通するビア・ホールを開口する工程の前に第２層を除去することができる。
【００３７】
また、堆積された第２層は、相補的な目的のために選択された別の材料を含むこともできる。例えば、他の方法工程や結果的に生じるデバイス動作を特に妨害しないことを条件に、安価な材料を選択することができる。あるいは、除去がより容易に行われるように、例えば、二酸化シリコン、窒化シリコン、多結晶窒化アルミニウム、又は炭化珪素のような材料を選択することができる。
【００３８】
ダイアモンド層を配すると、本方法は、次に、複合ウェハの反対側の炭化珪素面を、その上におけるエピタキシャル成長のために準備し、次いで第ＩＩＩ族窒化物エピ層、及び通例ヘテロ接合を含む数枚の層を、準備した面（ダイアモンドをＣ面上に堆積した場合、Ｓｉ面）に添加することを含む。好ましくは、ＳｉＣ面は、別のＣＭＰ工程によって準備する。
【００３９】
図２及び図３は、本発明を好適に組み込んだデバイスを示す。可能な限り、対応する要素には、図１におけると同一の参照番号を図２及び図３においても付すこととする。図２は、全体的に２０で示す、高電力、高周波、ワイドバンドギャップ・デバイスを示し、動作中における接合温度低下及び電力密度上昇、並びに、定格電力密度における信頼性向上が得られる。この態様では、本発明は、炭化珪素よりも熱伝導率が高いヒート・シンクを設けるためのダイアモンド基板１１を備えており、これによって、同等量のＳｉＣよりも多くの熱を排除する。ダイアモンドの格子一致よりも優れている、ワイドバンドギャップ材料構造との結晶格子を一致させるために、単結晶炭化珪素層１０がダイアモンド基板１１上にある。デバイス特性を得るために、２１で示す第ＩＩＩ族窒化物ヘテロ構造が、単結晶炭化珪素層上にある。また、図２は、好ましくは、本発明の構造の中に組み込まれる窒化アルミニウム・バッファ層１６も示す。したがって、層が互いに「重なっている」と言う場合、この表現は、直接接触している層、及び間に中間層を有して互いに重なり合っている層の双方を包含するものとする。
【００４０】
図１（Ｅ）と同様に、ヘテロ構造２１は、窒化アルミニウム・ガリウム層１４及び窒化ガリウム層１５というような、２つの異なる第ＩＩＩ族窒化物層で形成されている、その最も基本的な形態を有している。しかしながら、図２及び図３は模式的表示であり、所望又は必要に応じて、二重ヘテロ接合、バリアＨＥＭＴ、多数の量子ウェル（ＭＱＷ）、及び超格子構造を含む、更に複雑な構造を組み込むこともできることは、当業者には理解されるであろう。同様に、単数形の「層」を用いて第ＩＩＩ族窒化物デバイスの一部を記述する場合、製造及び動作の双方の目的上、このようなデバイスに共通して含まれる多数の層を含み得ることも理解されるであろう。
【００４１】
加えて、第ＩＩＩ族窒化物に精通している者は、ＡｌＧａＮのような三元化合物は、ＡｌＧａ１−ｘＮと表現する方が記述的であり（０＜ｘ＜１）、アルミニウム及びガリウムのそれぞれの分子率（ｘ及び１−ｘで表す）を調節すると、所望の又は必要な特性が得られる。三元第ＩＩＩ族窒化物も同様に、例えば、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮと表現することができる。ここで０＜ｘ＋ｙ＜１である。これらの材料の任意のもので形成した層、接合、及びデバイスであっても、本発明が提供する利点を利用することができる。これらの式は、より広い範囲の可能性を表現することである場合、「以上」フォーマット（０≦ｘ≦１）で書くことができる。例えば、ＡｌｘＧａｘ−１Ｎ（０≦ｘ≦１）は、ｘの値に依存するＡｌＮ又はＡｌＧａＮを表すことができる。
【００４２】
好適な実施形態では、ダイアモンド構造１１は、多結晶とすることができる。これは、一般に、製造の複雑さや要求が少なくて済み、したがって製造効率向上及び製造コスト削減を促進するからである。
【００４３】
多数の高周波デバイスが半絶縁基板を必要とするので、このような実施形態では、炭化珪素層１０は、半絶縁性であり、全体的特性に応じて必要であれば、ダイアモンド基板１１も半絶縁性にしてもよい。半絶縁炭化珪素の性質及び使用については、本願と同じ譲受人に譲渡された米国特許第６，２１８，６８０号、第６，４０３，９８２号、第６，３９６，０８０号、第６，６３９，２４７号、及び第６，５０７，０４６号に、一例として（限定ではなく）明記されており、その各々の内容は、ここで引用したことにより、その全体が本願にも含まれるものとする。
【００４４】
炭化珪素は、通例、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈ、及び１５Ｒプロトタイプの炭化珪素から選択したプロトタイプを有するが、それは、これらが最も広く入手可能であり、電子デバイスに適しているからである。適した基板は、ＮＣ、DurhamのCree, Inc.(www.cree.com)から市販されている。
【００４５】
オーミック・コンタクト２４及び２６並びにショットキ・コンタクト２５をヘテロ構造２１（図２）に添加することにより、電界効果トランジスタを生産することができる。即ち、ヘテロ構造２１を形成するエピタキシャル層の組成及びドーピングを制御することにより、高周波高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を生産することができる。
【００４６】
デバイス２０のダイアモンド基板１１は高熱伝導性を備えているので、このデバイスは高熱伝導性材料内に（即ち、これと共に又は隣接して）封入することができるという利点がある。ここで用いる場合、「パッケージ」という用語は、上位の回路又は最終使用デバイス内に組み込む目的のために、個々の半導体デバイスを収容する容器又は構造を指すという、その通常の意味で用いられる。実際、デバイスの熱膨張は、ダイアモンドの熱膨張率によって支配されているので、パッケージは、更に、ダイアモンドを含むか、又はダイアモンドで形成することもできる。これは、熱膨張において一致し損ねた材料からの応力を最小限に抑えるか又は排除し、そしてデバイスの熱伝導性を利用するために、望ましい又は必要な場合がある。
【００４７】
これに関して、ＨＥＭＴ及び関連デバイスのチャネルは、動作の間、特にゲート領域において最も熱を発生することが多い。このため、本発明は、チャネルからの熱を拡散すること、そしてヒート・シンクとして作用することの双方において、特に有益である。
【００４８】
図３は、全体的に３０と付番した高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）をより詳細に示している。トランジスタ３０は、先に論じたように、ヒート・シンク（又は拡散部）を設けるために、ダイアモンド基板１１で形成されている。炭化珪素１０の半絶縁層が、第ＩＩＩ族窒化物エピ層に好ましい結晶成長表面を設けるために、ダイアモンド基板１１上にある。バッファ層１６は、窒化アルミニウムのような別の第ＩＩＩ族窒化物で形成するのが通例であるか又は好ましく、該バッファ層１６は、炭化珪素層１０上にあり、炭化珪素からヘテロ構造への結晶遷移を行わせる。ヘテロ構造は、バッファ層１６上の第１エピタキシャル層１５と、エピ層１５及び３１間にヘテロ接合を形成するための、第１エピタキシャル層１５上において３１で示す第２エピタキシャル層（又は複数の層）で形成されている。この実施形態では、第２エピ層３１の第ＩＩＩ族窒化物は、第１エピ層１５の第１の第ＩＩＩ族窒化物よりもバンドギャップが広く、第１及び第２エピ層１５並びに３１の界面において、第１エピ層内に二次元電子ガス（２ＤＥＧ）を発生する。それぞれのソース３４、ゲート３５、及びドレイン３６のコンタクトは、ソース３４とドレイン３６間における電子の流れを与え、ゲート・コンタクト３５に印加される電圧によって制御される。
【００４９】
ある実施形態では、第１エピタキシャル層１５は窒化ガリウムから成り、第２エピタキシャル層３１は窒化アルミニウム・ガリウムから成る。更に好ましくは、窒化ガリウム層１５はドープされておらず、窒化アルミニウム・ガリウム層３１は、ドープされたｎ型の、例えば、シリコン（Ｓｉ）である。図３に更に示すように、第２エピタキシャル層３１は、２層のそして好ましくは３層の窒化アルミニウム・ガリウムを含み、３層はそれぞれ、４０、４１、及び４２で示されている。このように、更に好ましい実施形態では、第２エピタキシャル層３１は、窒化アルミニウム・ガリウムのドープ層４１、及び窒化アルミニウム・ガリウムの非ドープ層４０から成り、非ドープ層４０が窒化ガリウムの非ドープ層１５に隣接している。更に別の実施形態では、ＡｌＧａＮの別の非ドープ層４２が、ドープＡｌＧａＮ層４１の上に設けられている。この構造は、米国特許第６，５８３，４５４号に明記及び説明されている。この特許は、本願と同じ譲受人に譲渡されており、ここで引用したことにより、その内容全体が本願にも含まれるものとする。窒化ガリウム層とドープ窒化アルミニウム・ガリウム層との間において窒化アルミニウム・ガリウムの非ドープ層を用いることを、変調ドープ・ヘテロ構造と呼び、窒化アルミニウム・ガリウムにおけるドーパントを非ドープ窒化ガリウム層から物理的に分離することによって、二次元電子ガスにおける電子の移動度を高める。
【００５０】
米国特許第６，５８３，４５４号に明記されているように、トランジスタ３０は、層１５及び３１によって形成されたヘテロ構造上にパシベーション層４３を含ませると、一層効率的に動作することも知られている。更に「４５４特許」において明記されているように、パシベーション材料は、付随する保護特性を有するのであれば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）又は窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）とすることができる。
【００５１】
先に本願にも含まれるものとした米国公開特許第２００２０１６７０２３号に明記されているように、トランジスタは、得られるデバイスにおけるゲート・リーケージを低減するために、バリア層を組み込むこと、又は所望の目的のために他の層（例えば、ｐ型材料に対する接触の性能を向上させる層）を組み込むことができるが、これらは全て本願の利点を利用しつつ実現される。
【００５２】
図２に示した実施形態と同様、図３のトランジスタ３０は、潜在的にダイアモンド又はダイアモンド含有パッケージを含む、高熱伝導性材料に封入することができる。
【００５３】
ここでは高電子移動度トランジスタに関して特定的に論じたが、本発明は、熱管理の改善によって利便が得られる他のデバイスにおいても、利便を提供する。このようなその他のデバイスにはレーザが含まれ、その１つを図５において模式的に４５で示す。半導体レーザの一般的な理論及び動作は、当技術分野における適宜の（「通常の」）技術者には周知であり、ここでは、レーザが、それぞれのクラッド層４７及び５０によって包囲された活性層４６で形成されていること以外、詳しく論ずる必要はない。クラッド層の材料の性質、特に、そのバンドギャップ及び屈折率は、活性層がクラッド層間にポテンシャル・ウェルを形成するように選択することが好ましい。加えて、クラッド層４７及び５０の屈折率は、共振の目的のために光が活性層内に閉じ込められたままでいることを促進することが好ましい。前述の実施形態におけると同様に、ダイアモンド基板を１１で示し、炭化珪素層を１０で示し、必要に応じてしかるべきバッファ層１６を含ませる。一般に、レーザ及び発光ダイオード（ＬＥＤ）は、多数の量子ウェルや超格子構造というような、更に複雑な構造を含む可能性が一層高くなるが、しかし必ずしもそのように限られるのではない。
【００５４】
図４は、本発明によるウェハ先駆体の模式図である。ウェハ先駆体は、全体的に５２で示されており、この中に含まれているのは、炭化珪素内に大きな単結晶基板ウェハ、即ち、直径２インチ、３インチ、又は１００ｍｍ（又は同等の計量サイズ）のものが利用可能となると、本発明の方法を用いて、ここに記載したヒート・シンクの目的のために、このサイズのダイアモンド層が得られるという、以前では得られなかった利便性が同様にもたらされるからである。これに関して、本発明は、直径が少なくとも２インチの単結晶炭化珪素５３の基板である。ダイアモンド５４の層が、炭化珪素基板５３の一方の面上にあり、５５で示す第ＩＩＩ族窒化物活性構造が、ウェハ５３の反対側の面上にある。基板の炭化珪素ウェハ５３の直径は、好ましくは、少なくとも約２インチ（５センチメートル（ｃｍ））、更に好ましくは少なくとも３インチ（７．５ｃｍ）、そして最も好ましくは、少なくとも４インチ（１０ｃｍ）である。本発明の他の実施形態に関して明記したように、第ＩＩＩ族窒化物活性構造５５は、少なくとも１つのヘテロ構造を含み、ウェハ先駆体５２も、炭化珪素基板間、及び基板とヘテロ構造５５との間に、しかるべきバッファ層を含むことができる。簡素化の目的のため、バッファ層は図４には別々に示されていない。先述した実施形態におけると同様、炭化珪素は、炭化珪素の３Ｃ、４Ｈ、６Ｈ、及び１５Ｒプロトタイプから成る群から選択したプロトタイプを有することができる。
【００５５】
最も好ましい実施形態では、ウェハは、炭化珪素基板上に複数の個々の活性構造を含む。
【００５６】
ここでは、ダイアモンドをヒート・シンク材料として、そして炭化珪素を基板材料として用いることに関して本発明について主に説明した。しかしながら、本発明は更に広義な観点においても理解することができ、その場合、熱伝導率が更に高い材料の層を、第ＩＩＩ族窒化物との結晶格子一致度が高く熱伝導率が低い材料と共に用いることにより、複合ウェハを生産する。この態様では、熱伝導率が高い材料は、窒化硼素（ＢＮ）、特に立体窒化硼素（「ｃＢＮ」）のような金属及び半導体を含むことができ、一方、更に好ましい結晶基板材料は、シリコン、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化アルミニウム・ガリウム、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、アルミン酸マグネシウム（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、没食子酸リチウム（ＬｉＧａＯ２）、アルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、アルミン酸ニッケル（ＮｉＡｌ２Ｏ４）、及びサファイアから成る群から選択することができる。なお、ＡｌＧａＮが一層好ましい。前述の実施形態におけると同様、基板ウェアの一部として存在する材料の熱伝導率が高い程、結果的に得られる複合ウェハの熱伝導率が高くなる。
【００５７】
立体窒化硼素（「ｃＢＮ」）は、半絶縁性にすることができ、本発明の目的のためにダイアモンドと同様に処理できることに利便性があると考えられる。窒化硼素も、炭化珪素より熱伝導率が高い（１３Ｗ／ｃｍ−Ｋ）。
【００５８】
レーザやＬＥＤのようなデバイスでは、金属のヒート・シンクが、反射及び光抽出の目的で役立つことができる。適した候補の金属は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｗ、Ｐｔ、及びこれらの金属の関連合金を含むことができる。ダイアモンドのヒート・シンクに関して先に注記したように、これらの金属又は合金の任意の１又は複数の使用は、得られるデバイスの全体的な製造、構造、及び動作と一貫性がなければならない。
【００５９】
前述の実施形態におけると同様、このような複合ウェハにおいてデバイスを形成する方法は、複合ウェハの熱伝導率が低い部分の厚さを削減しつつ、所望のエピタキシャル成長をサポートするために、熱伝導率が低い部分に十分な厚さを保持することを含む。熱伝導率が低い表面もエピタキシャル成長のために準備し、その後、しかるべき第ＩＩＩ族窒化物エピ層、及び通例ではヘテロ構造を、ウェハの熱伝導率が低い部分の準備面に添加する。
【００６０】
図面及び明細書において、本発明の好適な実施形態を明記し、特定的な用語を用いたが、これらは包括的かつ記述的意味で用いたのであり、限定を目的とするのではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲において規定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の方法を示す一連の工程の模式断面図である。
【図２】本発明によるデバイス構造の断面模式図である。
【図３】本発明による他のデバイスの他の断面図である。
【図４】本発明によるウェハ先駆体の断面図である。
【図５】本発明によるレーザ構造の主要部分の模式断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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