积第一第III族氮化物层120。其是由GaN制成的。在其他实施方案中，其是由AlGaN制成的。第一第III族氮化物层120的厚度典型地在300和2000nm之间，例如为590nm。
[0063]直接在第一第III族氮化物层120上沉积单一间层130。在本实施例中，其由AlGaN制成。替代性的实施方案使用AlN或AlInN或AlInGaN。
[0064]该单一间层的厚度典型地在10和50nm之间。在本实施例中为30nm。
[0065]直接在单一间层130上生长第二第III族氮化物层140。在本实施例中，其由与第一第III族氮化物层相同的材料制成，即GaN。在其他实施方案中，其由AlGaN制成。其厚度典型地在300nm和1.5 μ m之间。在本实施例中，其厚度为I μ m。
[0066]该单一间层130的碳浓度为I X 119Cm 3。与此不同，第一第III族氮化物层和第二第III族氮化物层则具有不大于I X 118Cm 3的较低的碳浓度。在本实施例中，它们的碳浓度为I X 117Cm 3。由于单一间层130的AlGaN与第一和第二第III族氮化物层120和140的GaN相比组成不同，所以实现了晶格常数的不同，这与带隙的不同相关。由于晶格常数的不同引入的应力分量至少部分地补偿了通过在异质基底上生长而产生的应力。因此由GaN-AlGaN-GaN制成的应力管理层序列S能够减少在缓冲层结构中以及任何在其上面生长的层中产生的应力。另一方面，该应力管理层序列还引入了能带结构分布，其倾向于允许形成寄生的导电沟道，其甚至可以在接近GaN和AlGaN材料之间的界面处包括2DEG。通过以给定的浓度水平引入碳，抑制了在单一间层130与第一和第二第III族氮化物层120和140的界面处2DEG的形成。由于其较高的碳浓度，尤其是单一间层即层130也显示出高电阻率，这是后序形成基于该缓冲层结构的高效电子器件所需的。
[0067]图2所示为根据本发明的第一方面的缓冲层结构200的另一个实施方案。与图1的缓冲层结构100相比，该缓冲层结构200在第二第III族氮化物层220和基底210之间包括形核层255和超晶格250。该超晶格250和形核层构成中间层的一个例子。该形核层255是AlN层。在该实施方案中，该超晶格250是厚度为10nm的高温AlGaN/低温AlGaN超晶格。高温和低温的AlGaN层的名义组成相同。形核层255和超晶格250进一步改善了缓冲层结构200的应力管理。在本实施例中，形核层255和超晶格250的碳浓度为5 X 10lscm 3，这提高了缓冲层结构的电阻率。超晶格的其他有利的实施方案是AlGaN/GaN或AlN/GaN超晶格。
[0068]在缓冲层结构中使用若干第一第III族氮化物间层，进一步改善了应力管理，特别是在相对于第III族氮化物材料的晶格错配特别高的硅基底的情况下。因此，在包括第一第III族氮化物层220、单一间层230和第二第III族氮化物层240的应力管理层序列S上，沉积应力管理层序列的两个重复物。第一重复物包括另一个单一间层231和另一个第III族氮化物层241，该第III族氮化物层240是与第二单一间层231相关的第一第III族氮化物层，同时是与第一单一间层230相关的第二第III族氮化物层。第二重复物包括另一个单一间层232和另一个第III族氮化物层242。在此，该第III族氮化物层241是与第三单一间层232相关的第一第III族氮化物层，并且是与第二单一间层231相关的第二第III族氮化物层。第一单一间层230及其重复物231、232因此均位于具有比较小的带隙的第III族氮化物层之间及与其相邻。
[0069]在另一个实施方案中，除单一间层的厚度以外的性质可以改变，优选Al含量可以在背离基底的方向上降低。在另一个实施方案中(未示出)，接着第一第III族氮化物层(或任何其重复物)可以有多于一个具有更小的带隙的层。
[0070]在该实施方案中，该单一间层231具有与单一间层即层230相同的性质(组成、厚度、生长温度)。第III族氮化物层241对应于第三第III族氮化物层240。然而，在本实施例中，其厚度稍大于第三第III族氮化物层240，即厚度为2 μπι。因此，可以但是不要求具有第二应力管理层序列SI的层，其与最初的应力管理层序列S的相应的层相同。也可以改变第二应力管理层序列S2的不同重复物之间的层厚度。然而，第一第III族氮化物层230及其在层231和232中相应的重复物的厚度优选是相同的。
[0071]图3所示为晶体管300，作为根据本发明的第III族氮化物缓冲层结构的一种应用情况。在该实施方案中，在硅基底310上生长AlGaN缓冲层350，其具有随着相对于硅基底310的距离增大而增大的Ga分数。
[0072]在AlGaN缓冲层350上，应力管理层序列S由三个第III族氮化物层320至340形成，其中单一间层330夹在第一第III族氮化物层320和第二第III族氮化物层340之间。这些层的详细特征参照图1的实施方案的层120至140的以上描述。
[0073]接着应力管理层序列S是背势皇层360。该背势皇层360是由AlGaN制成的，并且具有由在背势皇层360和第三第III族氮化物层340之间的界面处I X 118Cm 3的碳浓度开始并且在背势皇层360和接着的有源层370之间的界面处小于4 X 116Cm 3的碳浓度结束渐变的碳浓度。
[0074]形成包含在晶体管运行时激活的2DEG载荷子沟道的沟道层的有源层370是由GaN制成的，并且具有4Χ 116Cm 3的碳浓度。在本实施例中，其厚度为40nm。基于所述结构的晶体管显示出以下性质:约为I X 113Cm 2的载荷子密度、1000至2500cm 7 (V.s)的高电子迀移率及明显低于400Q/sq的低的薄层电阻。
[0075]在有源层370上生长势皇层380。在本实施例中，该势皇层是AlGaN (AlGaInN)层。在其他实施方案中，可以采用适合于形成沟道层中的载荷子的势皇的其他组成。在本实施例中，势皇层的厚度为25nm。盖层390在势皇层380上生长，并形成晶体管结构的最上层(忽略接点)。在此d型HEMT器件的情况下，盖层390是厚度为4nm的p型掺杂的GaN层。在本实施例中，在盖层390中，碳以117Cm 3的浓度水平用作掺杂剂。
[0076]该实施方案的缓冲层结构实现整个结构的有利的应力管理，同时在有源层下方实现高电阻。渐变的背势皇层360额外地防止载荷子进入缓冲层结构下方的层和基底，这改善了器件的电性能。在缓冲层结构上生长的有源层370 (GaN或InGaN)由于其碳浓度低显示出高的晶体品质和低电阻。借助GaN盖层390，实现了与接触结构和外部器件的良好的电接触。为了减小HEMT器件的串联电阻，GaN盖和AlGaN层在侧向区段内的部分的额外的凹槽蚀刻对于形成欧姆接触是有利的。
[0077]图4a)所示为基于根据本发明的缓冲层结构的晶体管的部分由二次离子质谱(SIMS)测量获得的浓度图。图4b所示为图4a)的晶体管的电流电压特性。
[0078]图4a)所示为铝浓度4000、碳浓度4100和氧浓度4200在对数标度上的曲线，作为包括缓冲层结构的晶体管的部分的深度的函数。在单一间层的位置上检测到铝浓度4000的最大值430、431、432和433。这显示了 Al对于单一间层的AlGaN化学计量数的贡献。
[0079]铝曲线4000中的最大值480代表AlGaN势皇层。由图4a)可以看出，碳浓度4100和氧浓度也在第一第III族氮化物层的位置上即在Al峰处显示出各自的最大值。单一间层中的碳浓度为2 X 120Cm 3，而在单一间层之间的GaN层中的碳浓度则稍微低于I X 117Cm 3。因此，单一间层中的碳浓度比位于其中的GaN层大3个数量级。由此抑制了在缓冲层结构中2DEG的形成。如图4b)所示，基于具有高的碳含量(4300)的所述缓冲层结构的晶体管显示出大的击穿电压和小的漏电流。在此，将根据本发明的晶体管的特征曲线同基于与本申请请求保护的结构的区别在于在间层结构中使用小于I X 118Cm 3的低P型浓度的缓冲层结构的晶体管的特征曲线(4301)相比较。
[0080]图5所示为根据本发明的第一方面的缓冲层结构500的另一个实施方案。与图1至4的缓冲层结构相比，该缓冲层结构500包括间层结构530，其包括三个不同的层，而不是单一层。在生长在本实施例中由非故意地掺杂的GaN制成的第一第III族氮化物层520之后，生长也由GaN组成的第二第III族氮化物间层536。接着第二第III族氮化物间层是第一第III族氮化物间层535和第三第III族氮化物间层537，由此第三第III族氮化物间层536也由GaN组成，接着是第二第III族氮化物层540。在该实施方案中，第二和第三第III族氮化物间层535和537的厚度为50nm。在20和200nm之间的厚度对于这些层是有利的。第一第III族氮化物间层535包含具有比第一和第二第III族氮化物层520、540的材料更大的带隙的第III族氮化物间层材料，在此情况下是AlGaN，且厚度为30nm。下面阐述包括第一第III族氮化物间层535的Al含量以及P型掺杂剂浓度的不同改变的缓冲层结构的改变方案以及它们对于避免形成2DEG的效果。
[0081]改变方案I
[0082]如图5所示的层结构的改变方案I包括使用具有恒定的铝含量的第一第III族氮化物间层535。该结构的铝含量分布原则上如图6a)所示。如前所述，在该实施方案中，第二和第三第III族氮化物间层536和537是由GaN制成的，如同第一和第二第III族氮化物层520和540。第一第III族氮化物间层535由AlGaN组成。图6b)所示为该结构的空穴浓度分布，在整个间层结构中，因此在所有三个第III族氮化物间层535、536和537中，空穴浓度为5X 118Cm 3。第一和第二第III族氮化物层520和540是非故意地掺杂的。该间层结构中的空穴浓度是通过故意地用镁或