特開 2015-50464 リニア高電子移動度トランジスタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-50464(P2015-50464A)

(43)【公開日】2015年3月16日

(54)【発明の名称】リニア高電子移動度トランジスタ

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/338 20060101AFI20150217BHJP

   H01L 29/778 20060101ALI20150217BHJP

   H01L 29/812 20060101ALI20150217BHJP

   H01L 29/786 20060101ALI20150217BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20150217BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20150217BHJP

【ＦＩ】

   H01L29/80 H

   H01L29/78 618B

   H01L29/78 618E

   H01L29/78 301B

   H01L29/78 301H

【審査請求】未請求

【請求項の数】21

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-176940(P2014-176940)

(22)【出願日】2014年9月1日

(31)【優先権主張番号】61/873,306

(32)【優先日】2013年9月3日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】14/029,586

(32)【優先日】2013年9月17日

(33)【優先権主張国】US

(71)【出願人】

【識別番号】599034594

【氏名又は名称】トライクイント・セミコンダクター・インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＴｒｉＱｕｉｎｔ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(72)【発明者】

【氏名】ツァーン、フア クエン

(72)【発明者】

【氏名】チョウ、ツオ−ミン

(72)【発明者】

【氏名】ソーニヤー、ポール

(57)【要約】      （修正有）

【課題】高移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）などの集積回路（ＩＣ）の構造配置、製造方法およびシステムを提供する。
【解決手段】集積回路（ＩＣ）デバイスシステムに含まれるＩＣデバイス１００は、基板１０４の上に形成される窒化ガリウム（ＧａＮ）バッファ層１１２と、ＧａＮバッファ層１１２の上に形成される窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）層１１６と、ＡｌＧａＮ層１１６の上に形成される窒化インジウムアルミニウムバリア層１２４と、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板の上に形成される窒化ガリウム（ＧａＮ）バッファ層と、
前記ＧａＮバッファ層の上に形成され、約１５％未満のアルミニウム濃度を有する窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）層と、
前記ＡｌＧａＮ層の上に形成される窒化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＮ）バリア層と、を備え、
前記ＡｌＧａＮ層は、前記ＩｎＡｌＮバリア層よりも厚みが小さい装置。

【請求項2】

前記ＩｎＡｌＮバリア層の上に形成されるゲート絶縁体をさらに備える請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記ゲート絶縁体の上に形成され、前記ＩｎＡｌＮバリア層と容量結合するゲートをさらに備える請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記ＡｌＧａＮ層は、窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ）を含み、ｘはアルミニウムとガリウムの相対量を表す請求項１に記載の装置。

【請求項5】

前記ＡｌＧａＮ層は、一定したアルミニウム含有量を有し、ｘは約０．０４である請求項４に記載の装置。

【請求項6】

前記ＡｌＧａＮ層のアルミニウム濃度は、前記ＧａＮバッファ層に近接するＡｌＧａＮ層の部分における約０％から、前記ＩｎＡｌＮバリア層に近接する前記ＡｌＧａＮ層の部分における約１５％に向けて段階的となる請求項１に記載の装置。

【請求項7】

前記ＡｌＧａＮ層は、約４０〜６０Åの厚さを有する請求項１に記載の装置。

【請求項8】

前記ＡｌＧａＮ層は、約４０Åまたは約５０Åの厚さを有する請求項１に記載の装置。

【請求項9】

前記ＡｌＧａＮ層の上に形成される窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層をさらに備え、
前記ＩｎＡｌＮバリア層は、前記ＡｌＮ層の上に形成される請求項１に記載の装置。

【請求項10】

該装置は、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を構成する請求項１に記載の装置。

【請求項11】

基板の上に、窒化ガリウム（ＧａＮ）バッファ層を形成するステップと、
前記ＧａＮバッファ層の上に、約４０〜６０Åの厚さの窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）層を形成するステップと、
前記ＡｌＧａＮ層の上に、窒化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＮ）バリア層を形成するステップと、
前記ＩｎＡｌＮバリア層の上に、ゲート、ソースおよびドレインを形成するステップと、を備える方法。

【請求項12】

前記ＩｎＡｌＮバリア層の上にゲート絶縁体を形成するステップをさらに備える請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記ゲートを形成するステップは、前記ゲート絶縁体の上にゲートを形成するステップを備える請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記ＡｌＧａＮ層は、窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ）を含み、
ｘは、０〜０．１５の値であり、アルミニウムとガリウムの相対量を表す請求項１１に記載の方法。

【請求項15】

前記ＡｌＧａＮ層は、一定したアルミニウム含有量を有し、ｘは約０．０４である請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記ＡｌＧａＮ層を形成するステップは、前記ＧａＮバッファ層に近接するＡｌＧａＮ層の部分における約０％から、前記ＩｎＡｌＮバリア層に近接する前記ＡｌＧａＮ層の部分における約１５％に向けて段階的となるアルミニウム濃度を有する前記ＡｌＧａＮ層を形成するステップを備える請求項１１に記載の方法。

【請求項17】

前記ＡｌＧａＮ層を形成するステップは、約４０〜６０Åの厚さの前記ＡｌＧａＮ層を形成するステップを備える請求項１１に記載の方法。

【請求項18】

無線周波数（ＲＦ）信号を送信および受信するトランシーバと、
前記トランシーバに内蔵または結合される高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）と、を備え、
前記ＨＥＭＴは、
基板と、
前記基板の上に形成される窒化ガリウム（ＧａＮ）バッファ層と、
前記ＧａＮバッファ層の上に形成され、約１５％未満のアルミニウム濃度を有する窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）層と、
前記ＡｌＧａＮ層の上に形成される窒化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＮ）バリア層と、を含むシステム。

【請求項19】

前記ＨＥＭＴを含むＲＦパワー増幅器をさらに備える請求項１８に記載のシステム。

【請求項20】

前記ＨＥＭＴを含む低ノイズパワー増幅器をさらに備える請求項１８に記載のシステム。

【請求項21】

前記ＨＥＭＴを含むパワーコンディショナをさらに備える請求項１８に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連文献］
本出願は、２０１３年９月３日に出願された米国仮出願第６１／８７３，３０６号、発明の名称「リニア高電子移動度トランジスタ」の優先権の利益を享受する。その仮出願は参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。

【0002】

本開示の実施の形態は、広く集積回路の分野に関し、特に、リニア高電子移動度トランジスタおよび製造方法に関する。

【背景技術】

【0003】

高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）は、異なるバンドギャップを有する二つの半導体材料の間に形成されるヘテロ接合を一般に含む。高移動度電荷キャリアは、例えばワイドバンドギャップ層（例えば、ｎ型ドナー供給層）およびナローバンドギャップ層のヘテロ接合を用いて生成されうる。ワイドバンドギャップの窒化物トランジスタの場合、自発分極および圧電分極により、ワイドバンドギャップ層へのドーピングなしに電荷を誘起できる。電流は、これらの層の界面における極めて狭いチャネルに主に限定され、ソース端子およびドレイン端子間を流れる。この電流は、ゲート端子に印加される電圧により制御される。

【発明の概要】

【0004】

ヘテロ構造の電界効果トランジスタは極超短波（ＵＨＦ）からミリ波まで適切なパワー性能を発揮しうるが、従来型のデバイスは、デバイスの非線形性に起因したリニアな増幅動作の提供に関する課題に直面しうる。リニア増幅が求められる状況においてこれらのトランジスタを採用する場合、トランジスタの非線形特性を補償するために外部回路を設けなければならないかもしれない。

【図面の簡単な説明】

【0005】

添付の図面とともに以下の詳細な説明を読むことによって、実施の形態は容易に理解されるであろう。この説明を容易にするために、同様の参照符号は同様の構造的要素を指し示す。添付の図面において実施の形態は例示として示され、限定を目的としない。

【0006】

【図1】様々な実施の形態に係る集積回路（ＩＣ）を模式的に示す断面図である。

【0007】

【図2】様々な実施の形態に係るＩＣデバイスの電子分布を示すグラフである。

【0008】

【図3】様々な実施の形態に係るＩＣデバイスのバンド図を示すグラフである。

【0009】

【図4】様々な実施の形態に係るＩＣデバイスの電子分布を示すグラフである。

【0010】

【図5】様々な実施の形態に係るＩＣデバイスのバンド図を示すグラフである。

【0011】

【図6】様々な実施の形態に係るゲート電圧の関数としての相互コンダクタンスを示すグラフである。

【0012】

【図7】様々な実施の形態に係る集積回路デバイスの製造方法を示すフローチャートである。

【0013】

【図8】様々な実施の形態に係るＩＣデバイスを含むシステムの例を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本開示の実施の形態は、例えば高移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）などの集積回路（ＩＣ）の構造配置、製造方法およびシステムを提供する。

【0015】

以下の詳細な説明において、本明細書の一部をなす添付の図面には参照符号が付され、同様の部分には同様の番号が一貫して付され、本開示の主題が実施されうる実施の形態は、例示を目的として示される。本開示の範囲を逸脱しない限りにおいて、他の実施の形態が利用され、かつ、構造的または論理的変更がなされうるものと理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではなく、実施の形態の範囲は、添付の請求項およびそれと同等の記載によって定義される。

【0016】

本開示において、「Ａおよび／またはＢ」の語は、「Ａ」、「Ｂ」または「ＡおよびＢ」を意味する。本開示において、「Ａ、Ｂおよび／またはＣ」の語は、「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「ＡおよびＢ」、「ＡおよびＣ」、「ＢおよびＣ」または「Ａ、ＢおよびＣ」を意味する。

【0017】

説明において、「一実施の形態において」または「実施の形態において」の語を用いることがある。これらは、一以上の同一のまたは異なる実施の形態を指し示す。さらに、「備える」、「含む」、「有する」およびこれらと同様の用語は、本開示の実施の形態に関して用いる場合に、同義である。

【0018】

「結合される」の語は、ここでは、派生的に用いられる。「結合される」は、以下に示す一以上の内容を意味しうる。「結合される」は、二以上の要素が物理的または電気的に直接接触することを意味しうる。しかしながら、「結合される」は、二以上の要素が互いに間接的に接触しつつ互いに協働または相互作用することも意味し、また、一以上の他の要素が、上述の意味で互いに結合された要素間において結合または接続されることを意味しうる。

【0019】

様々な実施の形態において、「第２層の上に形成される第１層」の語は、第２層の上方に第１層が形成されることを意味し、第１層の少なくとも一部が、第２層の少なくとも一部に直接接触（例えば、物理的および／または電気的な直接接触）または間接接触（例えば、第１層と第２層の間に一以上の他の層を有する）することを意味しうる。

【0020】

図１は、様々な実施の形態に係るＩＣデバイス１００の断面を模式的に示す。ＩＣデバイス１００は、例えば、ＨＥＭＴデバイスであってもよい。

【0021】

ＩＣデバイス１００は、基板１０４の上に作られてもよい。基板１０４は、その上にスタック層（または、単純にスタック１０８）が堆積される支持材料を主に含む。一実施の形態において、基板１０４は、シリコン（Ｓｉ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）または「サファイア」、窒化ガリウム（ＧａＮ）および／または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む。他の実施の形態における基板１０４として、適切なＩＩ−ＶＩ族およびＩＩＩ−Ｖ族の半導体材料系を含む他の材料を用いることができる。一実施の形態において、基板１０４は、その上にＧａＮバッファ層１１２の材料をエピタキシャル成長させることのできる、いかなる材料または材料の組み合わせから構成されてもよい。

【0022】

基板１０４の上に形成されるスタック１０８は、一以上のヘテロ接合／ヘテロ構造を形成する異なる材料系のエピタキシャル成長された層を含んでもよい。スタック１０８の層は、その場（in situ）で形成されてもよい。つまり、スタック１０８は、製造装置（例えばチャンバ）内の基板１０４の上に形成されてもよく、スタック１０８を構成する層は、製造装置から基板１０４を除去することなく形成（例えばエピタキシャル成長）されてもよい。

【0023】

一実施の形態において、ＩＣデバイス１００のスタック１０８は、基板１０４の上に形成されるＧａＮバッファ層１１２を含む。ＧａＮバッファ層１１２は、基板１０４とスタック１０８の他の層との間の結晶構造転移を与えてよく、それによってバッファ層または分離層として機能する。例えば、ＧａＮバッファ層１１２は、基板１０４と他の格子不整合材料との間の応力緩和を提供してもよい。ＧａＮバッファ層１１２は、基板１０４とエピタキシャルに結合されてもよい。他の実施の形態において、ＡｌＮなどの核形成層（不図示）が基板１０４とＧａＮバッファ層１１２の間に介在してもよい。

【0024】

いくつかの実施の形態において、ＧａＮバッファ層１１２は、約１〜２μｍの厚さを有してもよい。本明細書において、層の厚さは、基板１０４の主面に実質的に垂直な方向の層の寸法を示す。ＧａＮバッファ層１１２は、他の実施の形態において、別の適切な材料および／または厚さを有してもよい。いくつかの実施の形態において、ＧａＮバッファ層１１２は、アンドープであってもよい。

【0025】

スタック１０８は、ＧａＮバッファ層１１２の上に形成される窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）層１１６と、ＡｌＧａＮ層１１６の上に形成されるＡｌＮ層１２０と、ＡｌＮ層１２０の上に形成される窒化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＮ）バリア層１２４と、ＩｎＡｌＮバリア層の上に形成されるゲート絶縁体１２６と、をさらに含んでもよい。

【0026】

ＩＣデバイス１００は、ゲート絶縁体１２６の上に形成されるゲート１２８をさらに含んでもよい。ゲート１２８は、ＩＣデバイス１００の接続端子として機能してもよい。ゲート１２８は、ゲート絶縁体１２６と直接結合してもよい。ゲート１２８は、主に金属などの導電性材料で構成される。いくつかの実施の形態において、ゲート１２８は、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）および／またはアルミニウム（Ａｌ）であってもよい。

【0027】

ＩＣデバイス１００は、ゲート絶縁体１２６の上に形成されるソース１３２およびドレイン１３６をさらに含んでもよい。いくつかの実施の形態において、ソース１３２およびドレイン１３６は、スタック１０８の一以上の層を貫通して延びてもよく、例えば、オーミックリセス（ohmic recess）を行うことにより基板１０４に至るまで延びてもよい。ソース１３２およびドレイン１３６は、オーミックコンタクトであってもよい。ソース１３２およびドレイン１３６は、標準的に成長されるコンタクトよりも相対的に低い接触抵抗を提供しうる再成長コンタクトであってもよい。実施の形態において、ソース１３２およびドレイン１３６の接触抵抗は、約０．０１Ω・ｍｍであってもよい。

【0028】

ソース１３２およびドレイン１３６は、金属などの導電性材料でそれぞれ構成されてもよい。一実施の形態において、ソース１３２およびドレイン１３６のそれぞれは、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）および／またはシリコン（Ｓｉ）を含んでもよい。他の実施の形態において、他の材料を用いることができる。

【0029】

ヘテロ接合は、ＩｎＡｌＮバリア層１２４とＧａＮバッファ層１１２の間に形成されうる。ＩｎＡｌＮバリア層１２４は、ＧａＮバッファ層１１２のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有しうる。ＩｎＡｌＮバリア層１２４は、移動電荷キャリアを供給するワイドバンドギャップ層であってよく、ＧａＮバッファ層１１２は、移動電荷キャリアのためのチャネルを提供するナローバンドギャップ層であってよい。

【0030】

ＡｌＧａＮ層１１６は、ＩｎＡｌＮバリア層１２４とＧａＮバッファ層１１２の間に位置して線形性（リニア性）を改善してもよい。具体的に、ＡｌＧａＮ層１１６は、ＡｌＧａＮ層１１６において分極が誘起するチャネル（polarization-induced channel）を促し、ＩＣデバイス１００の動作中（例えば、ゲート１２８に電圧が印加されるとき）に、チャネルと垂直に広がる三次元電子ガス（３ＤＥＧ）の形成をもたらす。これは、ソース１３２とドレイン１３６の間で電流（例えば、移動電荷キャリア）が流れることを可能としうる。この広がった電子ガスは、ゲート電圧プロファイルに対して実質的に一定な相互コンダクタンスをもたらしうる。結果として、ＩＣデバイス１００は、よりリニアな動作および低減されたＡＭ／ＡＭ（amplitude modulation；振幅変調）ひずみと関連しうる。

【0031】

ＡｌＮ層１２０は、下に位置する層（例えばＡｌＧａＮ層１１６）の粗い表面に起因する合金散乱を低減させることにより電子移動度を増強させるために用いられてもよい。

【0032】

ゲート絶縁体１２６は、存在する場合に、ＩｎＡｌＮバリア層１２４とゲート１２８の間の絶縁層として機能し、ゲート１２８はゲート絶縁体１２６を介してＩｎＡｌＮバリア層１２４と容量結合しうる。これにより、金属絶縁体半導体（ＭＩＳ）構造または金属酸化物半導体構造を形成してもよい。様々な実施の形態において、ゲート絶縁体１２６は、より低いゲートリークおよびより高い絶縁破壊電圧の提供を助けてもよい。より低いゲートリークおよびより高い絶縁破壊電圧に加えて、この構造は、ゲート電圧の幅広い振幅範囲にわたって実質的に一定な利得ｇ_ｍを比較的小さなゲート−ソース間容量の変化で実現するという利点を有しうる。これは、比較的小さなＡＭ／ＰＭ（phase modulation；位相変調）ひずみに対応する。ゲート絶縁体１２６は、比較的低い温度、例えば５００℃〜６００℃で成長させた、その場で成長する（in-situ grown）ＧａＮまたはＡｌＮでありうる。低い温度での成長により、非常に高い抵抗を伴う多結晶質構造を有する材料をもたらす。ゲート絶縁体１２６は、ＧａＮ、ＡｌＮまたはＡｌ_２Ｏ_３、酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）、窒化シリコン、酸化シリコンまたはいかなる他の適切な誘電材料を含んでもよい。

【0033】

いくつかの実施の形態において、ゲート絶縁体１２６は、約５０Å未満、例えば１８Åの厚さを有してもよく、ＩｎＡｌＮバリア層１２４は、約８０Åの厚さを有してもよく、ＡｌＮ層１２０は、約１０Åの厚さを有してもよく、ＡｌＧａＮ層１１６は、約４０〜６０Åの厚さを有してもよい。

【0034】

様々な実施の形態において、ＡｌＧａＮ層１１６は、一定のまたは段階的なアルミニウム含有量を有してもよい。例えば、一実施の形態において、ＡｌＧａＮ層１１６は、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮに従った材料濃度を有してもよい。ここで、ｘはアルミニウムとガリウムの相対量を表す値である。いくつかの実施の形態において、ｘの値は、約０〜０．１５である。一定のアルミニウム含有量を有する一実施の形態において、ＡｌＧａＮ層１１６は、層の厚さ全体を通してＡｌ_０．０４Ｇａ_０．９６Ｎである相対的な材料濃度を有してもよい。この実施の形態において、ＡｌＧａＮ層１１６は、例えば、約４０Åの厚さを有してもよい。段階的なアルミニウム含有量を有する一実施の形態において、ｘは、ＧａＮバッファ層１１２に近接するＡｌＧａＮ層１１６の部分において０であってもよく、ＡｌＮ層１２０に近接するＡｌＧａＮ層１１６の部分において約０．１５となるように段階的に増加してもよい。この実施の形態において、ＡｌＧａＮ層１１６は、例えば、約５０Åの厚さを有してもよい。他の実施の形態においては、他の値となるｘまたは他の段階的な構造を用いることができる。

【0035】

図２は、様々な実施の形態に係るＩＣデバイス（例えばＩＣデバイス１００）の電子分布を示すグラフ２００である。特に、グラフ２００は、第１のＩＣデバイスの電子分布２０４と、第２のＩＣデバイスの電子分布２０８を示す。グラフ２００の測定において、第１のＩＣデバイスは、３０Åのゲート絶縁体（例えばＧａＮキャップ）と、０．１７のインジウム濃度を有する８０ÅのＩｎＡｌＮバリア層と、１０ÅのＡｌＮ層と、０．０４のアルミニウム濃度を有する４０ÅのＡｌＧａＮ層とを含んでもよい。第２のＩＣデバイスは、ゲート絶縁体を含まない点を除いて、第１のＩＣデバイスと同様であってもよい。

【0036】

図３は、様々な実施の形態に係るＩＣデバイス（例えばＩＣデバイス１００）のバンド図を示すグラフ３００である。特に、グラフ３００は、図２について上述した第１のＩＣデバイスのバンド図３０４と、図２について上述した第２のＩＣデバイスのバンド図３０８を示す。

【0037】

図２および図３の電子分布およびバンド図は、従来型のデバイスに関連するものと比べて、垂直方向に広がったより幅の広い電子分布を示している。これは、高い無線周波数（ＲＦ）入力駆動レベルにおいて、増大された線形性およびパワー性能をもたらしうる。

【0038】

図４は、様々な実施の形態に係るＩＣデバイス（例えばＩＣデバイス１００）の電子分布を示すグラフ４００である。特に、グラフ４００は、第１のＩＣデバイスの応答プロファイル４０４と、第２のＩＣデバイスの応答プロファイル４０８を示す。グラフ４００の測定において、第１のＩＣデバイスは、３０Åのゲート絶縁体（例えばＧａＮキャップ）と、０．１７のインジウム濃度を有する８０ÅのＩｎＡｌＮバリア層と、１０ÅのＡｌＮ層と、０〜０．１５の段階的なアルミニウム濃度を有する５０ÅのＡｌＧａＮ層とを含んでもよい。第２のＩＣデバイスは、ゲート絶縁体を含まない点を除いて、図４の第１のＩＣデバイスと同様であってもよい。

【0039】

図５は、様々な実施の形態に係るＩＣデバイス（例えばＩＣデバイス１００）のバンド図を示すグラフ５００である。特に、グラフ５００は、図４について上述した第１のＩＣデバイスの応答プロファイル５０４と、図４について上述した第２のＩＣデバイスの応答プロファイル５０８を示す。

【0040】

図２および図３の応答プロファイルと同様、図４および図５の応答プロファイルは、従来型のデバイスに関連するものと比べて、垂直方向に広がったより幅の広い電子分布を示している。

【0041】

図６は、いくつかの実施の形態に係るゲート電圧の関数としての相互コンダクタンスｇ_ｍを示すグラフ６００である。特に、グラフ６００は、リニアＩＣデバイス（例えばＩＣデバイス１００）に関連しうる応答プロファイル６０４を示し、従来型のデバイスに関連しうる応答プロファイル６０８と対比される。図示されるように、応答プロファイル６０４は、応答プロファイル６０８と比べて、より幅広く、かつ、より一定な相互コンダクタンスｇ_ｍをゲート電圧に対して示している。このようにして、ＩＣデバイス１００は、従来型のデバイスと比べて、改善されたデバイス線形性およびより高い出力パワーレベルを伴ってもよい。

【0042】

図７は、様々な実施の形態に係るＩＣデバイス（例えば図１のＩＣデバイス１００）の製造方法７００を示すフローチャートである。方法７００は、基板（例えば基板１０４）の上にバッファ層（例えばＧａＮバッファ層１１２）を形成するステップ７０４と、バッファ層の上にＡｌＧａＮ層（例えばＡｌＧａＮ層１１６）を形成するステップ７０８と、ＡｌＧａＮ層の上にＡｌＮ層（例えばＡｌＮ層１２０）を形成するステップ７１２と、ＡｌＮ層の上にバリア層（例えばＩｎＡｌＮバリア層１２４）を形成するステップ７１６と、バリア層の上にゲート絶縁体（例えばゲート絶縁体１２６）を形成するステップ７２０と、ゲート、ソース、ドレイン（例えば、ゲート１２８、ソース１３２、ドレイン１３６）をそれぞれ形成するステップと、を含む。いくつかの実施の形態において、ゲートがゲート絶縁体の上に形成される一方で、ソースおよびドレインはスタックのより低い層の上に形成されてもよい。様々な実施の形態におけるこれらの層の間に、他の層が挟まれて形成されてもよい。

【0043】

様々な実施の形態において、一以上の層は、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）、原子層エピタキシャル成長法（ＡＬＥ）、化学ビームエピタキシャル成長法（ＣＢＥ）および／または有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によってエピタキシャル成長されることにより形成されてもよい。他の実施の形態において、他の適切な堆積技術を用いることができる。スタックの各層の材料および／または厚さは、図１のＩＣデバイス１００に関連して既に説明した実施の形態に適合してもよい。

【0044】

ソースおよびドレインは、再成長プロセスにより形成され、低減された接触抵抗または低減されたオン抵抗を有するオーミックコンタクトを提供してもよい。再成長プロセスでは、ソースおよびドレインが形成されるべき領域において材料が選択的に除去（例えばエッチング）されてもよい。層が選択的に除去されている領域において、高濃度にドープされた材料（例えばｎ＋＋材料）が堆積されてもよい。いくつかの実施の形態において、ソースおよびドレインの高濃度にドープされた材料は、バッファ層またはバリア層に用いられる材料と同様の材料であってもよい。例えば、バッファ層がＧａＮを含む系において、シリコン（Ｓｉ）が高濃度にドープされたＧａＮベースの材料が選択的に除去された領域に４００〜７００Åの厚さでエピタキシャルに堆積されてもよい。高濃度にドープされた材料は、ＭＢＥ、ＡＬＥ、ＣＢＥもしくはＭＯＣＶＤ、または、これらの適切な組み合わせによりエピタキシャル成長させることができる。他の実施の形態において、他の材料、他の厚さまたは他の堆積技術を高濃度にドープされた材料のために用いることができる。例えばチタン（Ｔｉ）および／または金（Ａｕ）を含む一以上の金属を、高濃度にドープされた材料の上に、例えばリフトオフプロセスを用いて１０００Å〜１５００Åの厚さで形成／堆積させることができる。他の実施の形態において、他の材料、他の厚さおよび／または他の技術を一以上の金属のために用いることができる。

【0045】

いくつかの実施の形態において、ソースおよびドレインは、不純物（例えばシリコン）を導入して高濃度にドープされた材料をソースおよびドレインに提供する注入技術を用いる注入プロセスにより形成されてもよい。注入後、ソースおよびドレインは、高い温度（例えば１１００−１２００℃）でアニールされる。再成長プロセスは、注入後のアニールに伴う高い温度を避けることが好ましいかもしれない。

【0046】

ゲートは、ゲート絶縁体の上に導電性材料を堆積することにより、ゲート絶縁体の上に形成されてもよい。ゲート材料は、例えば、蒸着、原子層成長法（ＡＬＤ）および／または化学気相成長法（ＣＶＤ）を含む、いかなる適切な堆積プロセスにより堆積させることができる。

【0047】

様々な工程は、請求項に係る主題の理解を最も助ける態様で、複数の別個の工程として順に説明される。しかしながら、説明の順序は、これらの工程が必然的に順序依存であることを示唆するものとして解釈されるべきではない。特に、これらの工程は、説明の順序で実施されないかもしれない。説明される工程は、説明される実施の形態とは異なる順序で実施されるかもしれない。追加の実施の形態では、様々な追加的な工程が実施されるかもしれないし、および／または、説明される工程が削除されるかもしれない。

【0048】

デバイス１００などのＩｎＡｌＮ／ＧａＮベースのデバイスは、例えばＡｌＧａＮ／ＧａＮ構造の他の従来型のデバイスと比べて多くの優位性を伴うかもしれない。例えば、ＡｌＮバリア層において約１７％のインジウム濃度を与えることにより、所望の格子整合が生じるかもしれない。これにより歪みが低減され、信頼性の増大、より高い自発分極電荷密度、より高い電子濃度のためのより大きなバンドギャップ不連続、および、より高い電子飽和速度につながるかもしれない。これらの全ては、他のデバイスよりも高い電流容量に貢献しうる。これは、モバイルワイヤレス、基地局、ケーブルテレビ、ミリ波通信などのためのリニアパワー増幅器および低ノイズ増幅器において特に有用となりうる。

【0049】

ＩＣデバイス（例えばＩＣデバイス１００）は、様々な装置およびシステムに組み入れられてもよい。図８は、例示的なシステム８００のブロック図を示す。図示されるように、システム８００は、いくつかの実施の形態において無線周波数（ＲＦ）パワー増幅器（ＰＡ）モジュールでありうるＰＡモジュール８０２を含む。システム８００は、図示されるようにパワー増幅器モジュール８０２に結合されるトランシーバ８０４を含んでもよい。パワー増幅器モジュール８０２は、ＩＣデバイス、例えば、本明細書にて説明されるＩＣデバイス１００を含んでもよい。

【0050】

パワー増幅器モジュール８０２は、トランシーバ８０４からのＲＦ入力信号ＲＦ_ｉｎを受信してもよい。パワー増幅器モジュール８０２は、ＲＦ入力信号ＲＦ_ｉｎを増幅してＲＦ出力信号ＲＦ_ｏｕｔを提供してもよい。ＲＦ入力信号ＲＦ_ｉｎおよびＲＦ出力信号ＲＦ_ｏｕｔの双方は、図８においてそれぞれＴｘ−ＲＦ_ｉｎおよびＴｘ−ＲＦ_ｏｕｔと示される送信チェーンの一部であってもよい。

【0051】

増幅されたＲＦ出力信号ＲＦ_ｏｕｔは、アンテナ構造８０８を介してＲＦ出力信号ＲＦ_ｏｕｔの無線（ＯＴＡ；over-the-air）送信を生じさせるアンテナスイッチモジュール（ＡＳＭ）８０６に提供されてもよい。ＡＳＭ８０６はまた、アンテナ構造８０８を介してＲＦ信号を受信し、受信したＲＦ信号Ｒ_ｘを受信チェーンに沿ってトランシーバ８０４に結合させてもよい。いくつかの実施の形態において、トランシーバ８０４は、例えば低ノイズ増幅器にＩＣデバイス１００を追加的／代替的に含んでもよい。

【0052】

様々な実施の形態において、アンテナ構造８０８は、ダイポールアンテナ、モノポールアンテナ、パッチアンテナ、ループアンテナ、マイクロストライプアンテナ、その他、ＲＦ信号のＯＴＡ送信および／または受信に適した、いかなる種類のアンテナを含む、一以上の方向性および／または無指向性のアンテナを有してもよい。

【0053】

いくつかの実施の形態において、システム８００は、ＩＣデバイス１００などのＩＣデバイスを追加的／代替的に含むパワーコンディショナ８１０を含んでもよい。パワーコンディショナ８１０は、ＰＡモジュール８０２およびトランシーバ８０４や、これらに限られないシステム８００の様々な構成要素に結合されて電力を供給してもよい。これらの実施の形態において、ＩＣデバイス１００は、例えば交流（ＡＣ）−直流（ＤＣ）コンバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ、ＤＣ−ＡＣコンバータやこれらと同様のもの等のパワーコンディショニング用途を含むパワースイッチ用途のための効果的なスイッチデバイスを提供してもよい。

【0054】

様々な実施の形態において、システム８００は特に無線周波数の高いパワーおよび高い周波数におけるパワー増幅のために有用である。例えば、システム８００は、地上波通信、衛星通信、レーダシステム、場合によっては様々な産業用途および医療用途の中の一以上のいずれかの用途に適しているかもしれない。より具体的には、様々な実施の形態において、システム８００は、レーダデバイス、衛星通信デバイス、携帯端末、携帯電話の基地局、ラジオ放送またはテレビ放送の増幅システムの中から選択される一つであってもよい。

【0055】

特定の実施の形態が本明細書において説明のために例示され記載されたが、本開示の範囲を逸脱しない限りにおいて、同様の目的を達成すると意図される幅広い種類の代替的および／または等価な実施の形態または実施が、本明細書に示され記載された実施の形態の代わりとなってもよい。本出願は、本明細書において議論された実施の形態のいかなる改造または変更をもカバーすることを意図する。したがって、本明細書に記載される実施の形態は、請求項またはそれと同等の記載によってのみ限定されることが明白に意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【外国語明細書】

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