特許 5663000 逆拡散抑制構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5663000

(24)【登録日】2014年12月12日

(45)【発行日】2015年2月4日

(54)【発明の名称】逆拡散抑制構造

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/338 20060101AFI20150115BHJP

   H01L 29/778 20060101ALI20150115BHJP

   H01L 29/812 20060101ALI20150115BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20150115BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20150115BHJP

【ＦＩ】

   H01L29/80 H

   H01L21/205

   H01L21/302 105A

【請求項の数】18

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-504802(P2012-504802)

(86)(22)【出願日】2010年4月7日

(65)【公表番号】特表2012-523700(P2012-523700A)

(43)【公表日】2012年10月4日

(86)【国際出願番号】US2010030180

(87)【国際公開番号】WO2010118092

(87)【国際公開日】20101014

【審査請求日】2013年3月28日

(31)【優先権主張番号】61/167,817

(32)【優先日】2009年4月8日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】511243668

【氏名又は名称】エフィシエント パワー コンヴァーション コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100091214

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 進介

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(72)【発明者】

【氏名】ビーチ，ロバート

(72)【発明者】

【氏名】ザオ，ガング，ユアン

(72)【発明者】

【氏名】カオ，ジャンジュン

【審査官】 棚田 一也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１５３３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０９１３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１４０８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１５１９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０６８９８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２００３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／０９１３８３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３３８

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３３７

Ｈ０１Ｌ ２９／７７８

Ｈ０１Ｌ ２９／８１２

Ｈ０１Ｌ ２７／０９５

Ｈ０１Ｌ ２７／０９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
遷移層と、
ＩＩＩ族窒化物材料を有するバッファ層と、
ＩＩＩ族窒化物材料を有するバリア層と、
ドレインコンタクト及びソースコンタクトと、
少なくとも１つのｐ型ドーパントを含有するＩＩＩ族窒化物層と、該ＩＩＩ族窒化物層の上に位置するコンタクト層とを有するゲートと、
前記ゲートと前記バッファ層との間に配置された拡散バリアであり、該拡散バリアはＩＩＩ族窒化物材料を有し且つ或るＡｌの割合を有し、該拡散バリアの全体が前記バリア層を覆って配置され、該拡散バリアの前記Ａｌの割合は前記バリア層のＡｌの割合より高い、拡散バリアと、
を有するエンハンスメントモードＩＩＩ族窒化物トランジスタ。

【請求項2】

前記バッファ層は、ｘ＋ｙ≦１として、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎを有する、請求項１に記載のトランジスタ。

【請求項3】

前記バリア層は、ｘ＋ｙ≦１として、前記バッファ層より広いバンドギャップを有するＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎを有する、請求項１に記載のトランジスタ。

【請求項4】

前記ｐ型ドーパントは、Ｍｇ、Ｃ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｎ及びＢｅからなる群から選択されている、請求項１に記載のトランジスタ。

【請求項5】

前記拡散バリアは、ｘ＋ｙ≦１として、前記バリア層より高いＡｌの割合を有するＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎを有する、請求項３に記載のトランジスタ。

【請求項6】

前記ゲートは、ｘ＋ｙ≦１として、アクセプタ型元素をドープされたＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ層である、請求項５に記載のトランジスタ。

【請求項7】

前記拡散バリアは前記バリア層の上且つ前記ゲートの下に位置する、請求項６に記載のトランジスタ。

【請求項8】

基板と、
遷移層と、
ＩＩＩ族窒化物材料を有するバッファ層と、
ＩＩＩ族窒化物材料を有するバリア層と、
ドレインコンタクト及びソースコンタクトと、
ゲートであり：
各々が或るｐ型ドーパント濃度を有する第１領域及び第２領域を有するＩＩＩ族窒化物層であり、前記第１領域の前記ｐ型ドーパント濃度は前記第２領域の前記ｐ型ドーパント濃度より低く、該ＩＩＩ族窒化物層の全体が前記バリア層より上に位置する、ＩＩＩ族窒化物層、及び
前記ＩＩＩ族窒化物層の上に位置するコンタクト層
を有するゲートと、
を有するエンハンスメントモードＩＩＩ族窒化物トランジスタ。

【請求項9】

前記バッファ層は、ｘ＋ｙ≦１として、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎを有する、請求項８に記載のトランジスタ。

【請求項10】

前記バリア層は、ｘ＋ｙ≦１として、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎを有する、請求項８に記載のトランジスタ。

【請求項11】

前記ＩＩＩ族窒化物層は更に、前記第２領域より上に位置する第３領域を有し、該第３領域は或るｐ型ドーパント濃度を有する、請求項８に記載のトランジスタ。

【請求項12】

前記第３領域の前記ｐ型ドーパント濃度は前記第２領域の前記ｐ型ドーパント濃度より高い、請求項１１に記載のトランジスタ。

【請求項13】

前記第３領域の前記ｐ型ドーパント濃度は前記第２領域の前記ｐ型ドーパント濃度より低い、請求項１１に記載のトランジスタ。

【請求項14】

前記第３領域は或るｎ型ドーパント濃度を有する、請求項１１に記載のトランジスタ。

【請求項15】

前記第３領域の前記ｎ型ドーパント濃度は、前記第３領域の頂部付近で前記第３領域の前記ｐ型ドーパント濃度より高く、前記第３領域の前記ｎ型ドーパント濃度は、前記第３領域の底部付近で前記第３領域の前記ｐ型ドーパント濃度より低い、請求項１４に記載のトランジスタ。

【請求項16】

前記第３領域は、前記第３領域の前記ｐ型ドーパント濃度より低いｎ型ドーパント濃度を有する、請求項１４に記載のトランジスタ。

【請求項17】

前記ＩＩＩ族窒化物層は、前記第１領域より下に位置するアンドープの第４領域を有する、請求項８に記載のトランジスタ。

【請求項18】

前記第２領域は前記第１領域より上に位置する、請求項８に記載のトランジスタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンハンスメントモード窒化ガリウム（ＧａＮ）トランジスタの分野に関する。より具体的には、本発明は、拡散バリアを備えたエンハンスメントモードＧａＮトランジスタに関する。

【背景技術】

【0002】

窒化ガリウム（ガリウムナイトライド；ＧａＮ）半導体デバイスは、大電流を担持し且つ高電圧に対応することができることにより、パワー半導体デバイスにとってますます望ましいものとなっている。これらのデバイスの開発は、概して、大電力／高周波用途に狙いを定めてきた。このような用途のために製造されるデバイスは、高電子移動度を示す一般的なデバイス構造に基づいており、ヘテロ接合電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、又は変調ドープ電界効果トランジスタ（ＭＯＤＦＥＴ）のように様々に呼ばれている。これらの種類のデバイスは、典型的に、例えば１００ｋＨｚ−１０ＧＨｚといった高周波数で動作しながら、例えば１００Ｖといった高電圧に耐えることができる。

【0003】

ＧａＮ ＨＥＭＴデバイスは、少なくとも２つの窒化物層を備えた窒化物半導体を含んでいる。半導体上あるいはバッファ層上に形成された異なる複数の材料により、これらの層は異なるバンドギャップを有するようにされる。隣接する窒化物層内の異なる材料はまた、分極を生じさせ、これが、２つの層のジャンクション（接合）付近の、具体的には、狭い方のバンドギャップを有する層内の、導電性の２次元電子ガス（２ＤＥＧ）領域に寄与する。

【0004】

分極を生じさせる窒化物層は典型的に、電荷がデバイス中を流れることを可能にする２ＤＥＧを含むＧａＮの層に隣接してＡｌＧａＮのバリア層を含む。このバリア層は、ドープされることもあるし、ドープされないこともある。２ＤＥＧ領域がゼロゲートバイアスでゲート下に延在するため、大抵の窒化物デバイスはノーマリーオンデバイスすなわちデプレッションモードデバイスである。ゲートの下でゼロの印加ゲートバイスで２ＤＥＧ領域が空乏化すなわち除去される場合には、デバイスはエンハンスメントモードデバイスとなることができる。エンハンスメントモードデバイスは、ノーマリーオフであり、それにより安全性が付加されるため、また、単純な低コストの駆動回路で制御することが容易であるため、望ましいものである。エンハンスメントモードデバイスは、電流を導通するために、ゲートに正バイアスが印加されることを必要とする。

【0005】

図１は、拡散バリアを有しない従来のエンハンスメントモードＧａＮトランジスタデバイス１００を例示している。デバイス１００は、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（シリコンカーバイド；ＳｉＣ）、サファイア又はその他の材料からなり得る基板１０１と、典型的に約０．１μｍから約１．０μｍの厚さのＡｌＮ及びＡｌＧａＮからなる複数の遷移層１０２と、典型的に約０．５μｍから約１０μｍの厚さのＧａＮからなるバッファ材料１０３と、約０．００５μｍから約０．０３μｍの厚さを有した、Ｇａに対するＡｌの比が約０．１から約０．５であるＡｌＧａＮから典型的になるバリア材料１０４と、ｐ型ＡｌＧａＮ１０５と、高濃度ドープされたｐ型ＧａＮ１０６と、アイソレーション（分離）領域１０７と、パッシベーション領域１０８と、典型的に例えばＮｉ及びＡｕなどのキャップ金属を備えたＴｉ及びＡｌからなる、ソース及びドレインのオーミックコンタクト金属１０９及び１１０と、ｐ型ＧａＮゲート上の、典型的にニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）の金属コンタクトからなるゲート金属１１１とを含んでいる。

【0006】

図１に示した従来のエンハンスメントモードＧａＮトランジスタには幾つかの欠点が存在する。アンドープのＧａＮ１０３又はＡｌＧａＮ１０４の上への（例えば、図１内の）ｐ型ＡｌＧａＮ１０５の成長中に、Ｍｇ原子が、デバイスのアクティブ領域内へと結晶内を下方に拡散することになり、層１０４及び１０３の意図しないドーピングを生じさせる。これらのＭｇ原子はアクセプタとして作用し、電子を取り込み、負に帯電される。負に帯電されたＭｇは、２次元電子ガスから電子をはじき出す。これは、ゲートの下に、より高い閾値電圧をもたらすとともに、ゲートとオーミックコンタクトとの間の領域内に、より低い導電率をもたらす。さらに、これらのＭｇ原子の帯電及び放電は、デバイスの閾値及び導電率に、時間に依存した変動を生じさせ得る。従来のＧａＮトランジスタの第２の欠点は、ゲートコンタクトに正電圧を印加することによってトランジスタをターンオンさせるときの高いゲートリークである。（例えば、図１内の）層１０６の成長中に、Ｍｇ原子が成長表面に拡散する。成長が終了されるとき、高濃度にドープされた層が表面に存在する。ゲートコンタクトに正バイアスが印加されるとき、この層の頂部における高濃度ドーピングによって大きい電流が生成されてしまう。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

故に、従来技術の上述の欠点を回避する拡散抑制構造を備えたＧａＮトランジスタを提供することが望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

一実施形態によれば、基板と、遷移層と、ＩＩＩ族窒化物材料を有するバッファ層と、ＩＩＩ族窒化物材料を有するバリア層と、ドレインコンタクト及びソースコンタクトと、アクセプタ型ドーパント元素を含有するゲートと、前記ゲートと前記バッファ層との間の、ＩＩＩ族窒化物材料を有する拡散バリアと、を有するエンハンスメントモードＩＩＩ族窒化物トランジスタが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】従来のエンハンスメントモードＧａＮトランジスタデバイスを例示する断面図である。

【図2】本発明の第１実施形態に従って形成されるエンハンスメントモードＧａＮトランジスタデバイスを例示する断面図である。

【図3】従来のＧａＮトランジスタ及び図２のデバイスにおけるアルミニウム含有量を比較する模式図である。

【図4】本発明の第２実施形態に従って形成されるエンハンスメントモードＧａＮトランジスタデバイスを例示する断面図である。

【図5】従来のＧａＮトランジスタ及び図４のデバイスにおけるアルミニウム含有量を比較する模式図である。

【図6】本発明の第３実施形態に従って形成されるエンハンスメントモードＧａＮトランジスタデバイスを例示する断面図である。

【図7】従来のＧａＮトランジスタ及び図６のデバイスにおけるアルミニウム含有量を比較する模式図である。

【図8】本発明の第４実施形態に従って形成されるエンハンスメントモードＧａＮトランジスタデバイスを例示する断面図である。

【図9】従来のＧａＮトランジスタ及び図８のデバイスにおけるマグネシウム含有量を比較する模式図である。

【図10】本発明の第５実施形態に従って形成されるエンハンスメントモードＧａＮトランジスタデバイスを例示する断面図である。

【図11】従来のＧａＮトランジスタ及び図１０のデバイスにおけるマグネシウム含有量を比較する模式図である。

【図12】本発明の第６実施形態に従って形成されるエンハンスメントモードＧａＮトランジスタデバイスを例示する断面図である。

【図13】従来のＧａＮトランジスタ及び図１２のデバイスにおけるマグネシウム含有量を比較する模式図である。

【図14】本発明の第７実施形態に従って形成されるエンハンスメントモードＧａＮトランジスタデバイスを例示する断面図である。

【図15A】本発明の一実施形態に係るエンハンスメントモードＧａＮトランジスタデバイスを形成する方法を例示する図である。

【図15B】本発明の一実施形態に係るエンハンスメントモードＧａＮトランジスタデバイスを形成する方法を例示する図である。

【図15C】本発明の一実施形態に係るエンハンスメントモードＧａＮトランジスタデバイスを形成する方法を例示する図である。

【図15D】本発明の一実施形態に係るエンハンスメントモードＧａＮトランジスタデバイスを形成する方法を例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下の詳細な説明においては、特定の実施形態を参照する。これらの実施形態は、当業者がこれらの実施形態を実施することができるよう、十分に詳細に説明される。理解されるように、その他の実施形態も用いられることができ、また、様々な構造的、論理的及び電気的な変更が為され得る。

【0011】

ここで説明する本発明の実施形態は、Ｍｇ原子がデバイスのアクティブ領域へと結晶中を拡散することを阻止する拡散バリアを備えた、エンハンスメントモードＧａＮトランジスタに関する。これらの実施形態は、ドーパント原子（例えば、Ｍｇ）の拡散を抑制あるいは排除する拡散バリア及び／又は傾斜ドーピングプロファイルを付加することに基づく。本発明の一実施形態において、主（プライマリ）チャネル層の上に、この領域内へのＭｇの逆拡散（バックディフュージョン）を阻止するために、薄いＡｌＮ、又は高いＡｌ含有量のＡｌＧａＮ層が堆積される。本発明の他の一実施形態において、バリア層内又はバリア層上に、薄いＡｌＮ、又は高いＡｌ含有量のＡｌＧａＮ層が堆積される。他の一実施形態において、ｐ−ＧａＮ層とバリア層との間にアンドープ領域を付加することによって、バリア層内へ或いはバリア層中を拡散されるＭｇの量を低減するようにＭｇドーピングプロファイルが制御される。更なる他の一実施形態において、オーミックコンタクト又はショットキーコンタクトの何れかの形成を支援するために、ゲートコンタクト付近でのドーピング変更が用いられる。

【0012】

図２を参照して、エンハンスメントモードＧａＮトランジスタの形成に関して第１実施形態を説明する。図２は、デバイス２００の断面図を示している。デバイス２００は、Ｓｉ、ＳｉＣ、サファイア又はその他の材料からなる基板２１と、典型的に約０．１μｍから約１．０μｍの厚さのＡｌＮ及びＡｌＧａＮからなる複数の遷移層２２と、典型的に約０．５μｍから約１０μｍの厚さのＧａＮからなるバッファ層２３と、典型的に約０．０１μｍから約０．３μｍの厚さを有するＧａＮ又はＩｎＧａＮからなるチャネル層２０と、典型的に約０．００５μｍと約０．０３μｍとの間の厚さを有した、Ａｌの割合が約０．１から約０．５であるＡｌＧａＮからなるバリア層２７と、典型的に例えばＴａ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ又はＷＳｉ_２などの高融点金属コンタクトを備えたｐ型ＧａＮからなるゲート構造２６と、を含んでいる。このｐ型ＧａＮ及び高融点金属コンタクトは各々、厚さにおいて約０．０１μｍと約１．０μｍとの間である。オーミックコンタクト金属２４、２５は、例えばＮｉ及びＡｕなどのキャップ金属を備えたＴｉ及びＡｌ、又はＴｉ及びＴｉＮからなる。拡散バリア２８は典型的に、約０．００１μｍと約０．００３μｍとの間の厚さを有した、Ａｌの割合が約０．２と約１との間であるＡｌＧａＮからなる。Ａｌの割合とは、Ａｌの割合にＧａの割合を足し合わせたものが１に等しくなるようにしたＡｌの含有量である。バッファ層２３、バリア層２７及び拡散バリア２８は、ＩＩＩ族の窒化物材料で形成される。ＩＩＩ族の窒化物材料は、ｘ＋ｙ≦１として、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎからなり得る。

【0013】

上述の実施形態によれば、異なるＡｌ含有量の二重層が形成される。図２の構造は、チャネル層の近くで高めのＡｌ含有量を有し、ゲート層の近くで低めのＡｌ含有量を有する。従来のＧａＮトランジスタと図２の構造とにおける、チャネル層とゲート層との間のＡｌ含有量の比較を図３に示す。図２に示した構造において、チャネル層上の拡散バリア層２８はＡｌにおいて高く、バリア層２７はより低いＡｌ含有量を有する。図３は、一定のＡｌ含有量の２つの別個の層を示しているが、Ａｌ含有量がチャネル層付近での高からゲート構造付近の低まで傾斜されるように、傾斜したＡｌ含有量の１つの層へと層２８及び２７が結合されたものを採用することも可能である。この傾斜付け（グレーディング）は、様々に行われることができ、例えば、直線的、多段降下、平均Ａｌ含有量を次第に低下させながら高と低と間でＡｌ含有量を交番させること、又は、チャネル付近での、より厚い高Ａｌ層から、ゲート付近での、より薄い高Ａｌ層へと、高Ａｌ層及び低Ａｌ層の厚さを変化させながら、高と低との間でＡｌ含有量を交番させることなどで行われる。高Ａｌ含有量の層は、Ｍｇの拡散を阻止し、それをチャネル層より上の領域に閉じ込める。高Ａｌ含有量の層はまた、高い電子移動度をもたらす。しかしながら、図２に示した構造においては、依然として拡散が頂部のバリア層内まで進む。

【0014】

次に、図４を参照して、エンハンスメントモードＧａＮトランジスタの形成に関して第２実施形態を説明する。図４は、デバイス３００の断面図を示している。図４は図２と同様であるが、拡散バリア３８及びバリア層３７が図２におけるそれらの位置とは逆にされており、故に、拡散バリア３８をゲート構造３６に隣接して設けている点で異なっている。様々な層の寸法及び組成は、第１実施形態のそれらと同様である。

【0015】

この実施形態によれば、第１実施形態と同様の利点を備えた異なるＡｌ含有量の二重層が設けられる。従来のＧａＮトランジスタと図４の構造とにおける、チャネル層とゲート層との間のＡｌ含有量の比較を図５に示す。図４に示した構造において、チャネル層上のバリア層３７はＡｌにおいて低く、拡散バリア層３８はより高いＡｌ含有量を有する。高Ａｌ含有量の材料は、Ｍｇの拡散を阻止し、それをバリア層より上の領域に閉じ込める。しかしながら、図４に示した構造においては、より低いＡｌ含有量の層は、第１実施形態が有する一層高い電子移動度の利点を有しない。

【0016】

次に、図６を参照して、エンハンスメントモードＧａＮトランジスタの形成に関して第３実施形態を説明する。図６は、デバイス４００の断面図を示している。第３実施形態は基本的に、上述の第１及び第２の実施形態の組み合わせであり、バリア層４７のそれぞれの側に１つの、２つの拡散バリア層４８、４９を含んでいる。様々な層の寸法及び組成は、第１及び第２の実施形態のそれらと同様である。

【0017】

この実施形態は、上述の第１及び第２の実施形態の双方の利点を有する。図６の構造は、ゲート層の近くで一層高いＡｌ含有量を有し且つチャネル層の近くで一層高いＡｌ含有量を有した、異なるＡｌ含有量の三重層を有する。従来のＧａＮトランジスタと図６の構造とにおける、チャネル層とゲート層との間のＡｌ含有量の比較を図７に示す。図６に示した構造において、チャネル層上の拡散バリア層４９はＡｌにおいて高く、バリア層４７はより低いＡｌ含有量を有し、もう一方の拡散バリア層４８は再び高いＡｌ含有量を有する。層４８の高Ａｌ含有量の材料は、Ｍｇの拡散を阻止し、それをバリア層より上の領域に閉じ込める。層４９の高Ａｌ含有量の材料は、より高い電子移動度をもたらす。

【0018】

次に、図８を参照して、エンハンスメントモードＧａＮトランジスタの形成に関して第４実施形態を説明する。図８は、デバイス５００の断面図を示している。この実施形態は、上述の第１及び第２の実施形態と同様であるが、或るＭｇドーピングプロファイルを有するｐ型ＧａＮゲートを有しており、拡散バリア層を有していない。この実施形態におけるゲート層５７は、バリア層５４付近で、より低いＭｇ濃度を有し、ゲートコンタクト５８付近で、より高いＭｇ濃度を有している。ゲート層５７内のＭｇ濃度の典型値は、バリア層付近で約１０^１６原子／ｃｍ^３であり、ゲートコンタクトの位置での約５×１０^１９原子／ｃｍ^３まで高まっていく。

【0019】

この実施形態によれば、ゲート層５７のＭｇドーピングレベルは、バリア層５４付近で低く、ゲートコンタクト５８付近でそれより高い。これを、従来のＧａＮトランジスタと比較して図９に示す。図８の構造は、ゲート層の近くで、より高いＭｇ含有量を有する。Ｍｇの濃度レベルは、ゼロ又は例えば約１０^１６原子／ｃｍ^３といった低レベルで始まり、ゲートコンタクトに向かって増大する。ｐ型ＧａＮゲート層５７全体のＭｇ濃度の形状は様々に異なっていてもよく、その一部（例えば、直線的に傾斜されたＭｇ濃度、又はゲートコンタクト付近で急増された（スパイク状の）Ｍｇ濃度）が図９に示されている。これらには、Ｍｇを含有しないスペーサ層がバリア上に存在するように変形されたものも含まれる。この低Ｍｇ領域に、ドーピングオフセット厚さが関連付けられる。図８の構造は様々な利点を有する。バリア層付近の低Ｍｇ濃度により、バリア層内への逆拡散が低減される。ドーピングオフセットと組み合わせることで、バリア層及びバッファ層の意図しないドーピングを非常に低くすることを達成することができる。ゲートコンタクト付近の高Ｍｇ濃度は、ゲートコンタクトとｐ型ＧａＮとの間にオーミックコンタクトを作り出すことの助けとなる。これは、改善されたデバイスターンオン特性をもたらす。

【0020】

次に、図１０を参照して、エンハンスメントモードＧａＮトランジスタの形成に関して第５実施形態を説明する。図１０は、デバイス６００の断面図を示している。この実施形態は、ｐ型ＧａＮゲート層６７のＭｇドーピングプロファイルが異なることを除いて、第４実施形態と同様である。この実施形態におけるゲート層６７は、バリア層６４付近及びゲートコンタクト６８付近で、より低いＭｇ濃度を有し、中央部で高められた濃度を有する。Ｍｇ濃度の典型値は、バリア層付近で約１０^１６原子／ｃｍ^３であり、ｐ−ＧａＮゲートの中央付近での約５×１０^１９原子／ｃｍ^３まで高まっていき、そしてゲートコンタクト付近での約１０^１６原子／ｃｍ^３まで低まっていく。

【0021】

この実施形態によれば、Ｍｇドーピングレベルは、バリア層付近で低く、ゲートの中央付近でそれより高い。これを、従来のＧａＮトランジスタと比較して図１１に示す。ｐ型ＧａＮ層全体のＭｇ濃度の形状は様々に異なっていてもよく、その一部（例えば、１つのピークを有するようにされたＭｇ濃度、又は頂部をフラットにされたＭｇプロファイル）が図１１に示されている。図１０の構造は、ゲート層の中央で、より高いＭｇ含有量を有する。バリア層付近の低Ｍｇ濃度により、バリア層内への逆拡散が低減される。ドーピングオフセットと組み合わせることで、バリア層、チャネル層及びバッファ層の意図しないドーピングを非常に低くすることを達成することができる。ゲートコンタクト付近の低Ｍｇ濃度は、ゲートコンタクトとｐ型ＧａＮとの間にショットキーコンタクトを形成することを可能にする。これは、改善されたデバイスゲートリークをもたらす。

【0022】

次に、エンハンスメントモードＧａＮトランジスタの形成に関して第６実施形態を説明する。図１２は、デバイス７００の断面図を示している。この実施形態は、ゲートコンタクト付近のゲート層７７内へのＳｉの付加によってｎ型ドーピングが実現されることを除いて、第５実施形態と同様である。Ｍｇ濃度の典型値は第５実施形態と同様である。ゲートコンタクト付近のＳｉ濃度は、約１０^１５原子／ｃｍ^３から約１０^１９原子／ｃｍ^３までの範囲とし得る。

【0023】

この実施形態によれば、Ｍｇドーピングレベルは、バリア層付近で低く、ゲートの中央付近でそれより高い。ゲートコンタクト付近にＳｉ原子が付加される。これを、従来のＧａＮトランジスタと比較して図１３に示す。バリア層付近の低Ｍｇ濃度により、バリア層内への逆拡散が低減される。ドーピングオフセットと組み合わせることで、バリア層、チャネル層及びバッファ層の意図しないドーピングを非常に低くすることを達成することができる。ゲートコンタクト付近の低Ｍｇ濃度は、低い正孔密度をもたらす。正孔密度は、Ｓｉ原子の付加によって更に低減される。図１３のａ）は、正孔の密度を低下させるためのＳｉ原子の付加を示している。Ｓｉ原子の密度はＭｇ原子の密度より低いか等しいかである。この非常に低い正孔密度は、ショットキーコンタクトの形成を改善する。Ｍｇのレベルを超えるまで更にＳｉ含有量を増加させることは、ｐ−ｎ接合を生じさせる。図１３のｂ）は、ゲートコンタクト付近での、Ｍｇ原子の密度を遙かに上回るＳｉ原子の付加を示している。これは、ゲート構造内にｐ−ｎ接合を生じさせ、ゲートリークの更なる低減をもたらすことができる。

【0024】

次に、エンハンスメントモードＧａＮトランジスタの形成に関して第７実施形態を説明する。図１４は、デバイス８００の断面図を示している。この実施形態は、ゲート領域の外側の領域内のバリア層上にスペーサ層の一部からなる領域８９が残されていることを除いて、第５及び第６の実施形態と同様である。層８９の厚さの典型値は、スペーサ層の厚さの約０％から約８０％である。

【0025】

この低ドープあるいはアンドープの層による更なる利点は、製造に起因するダメージの低減、及び製造許容度の改善である。図１５Ａ−１５Ｄを参照するに、製造工程群は：（ａ）基板８１上への、ＡｌＮ及びＡｌＧａＮの遷移層８２、ＧａＮバッファ層８３、チャネル層８０、バリア層８４、ｐ−ＧａＮ層８７及びゲートコンタクト材料の堆積；（ｂ）材料８９を少量残す、ゲートコンタクト及びｐ−ＧａＮ層８７の大部分のエッチング；（ｃ）例えばＳｉＮなどの絶縁材料９０の堆積による表面のパッシベーション；及び（ｄ）コンタクト領域をエッチング開口し、オーミックコンタクト材料を堆積することによる、ソース８６及びドレイン８５の形成；を有する。上記利点は工程（ｂ）にて達成される。ｐ−ＧａＮのエッチングにおいて、このエッチングはバリア層に達する前に停止される。これは、チャネル層における高い抵抗率とＳｉＮ界面での電荷のトラッピングをもたらし得るこの敏感な層へのダメージが生じることを回避するために行われる。低ドープのスペーサ層を用いない場合、層８９はｐ−ＧａＮからなる。これは、チャネル層から電子をはじき出してデバイスがオンのときに電流に対する抵抗を増大させる負電荷を層８９内に生じさせる。アンドープのスペーサ層の使用は、工程（ｂ）のエッチングがバリア層の上で終了することで、チャネル層の抵抗に弊害をもたらす高濃度ドープされた材料を残さずにダメージを回避することを可能にする。スペーサ層は、非常に高い温度（およそ１０００℃からおよそ１１００℃）で成長されてもよいし、高いアンモニアを用いて成長されてもよいし、且つ／或いは非常にゆっくりと成長されてもよい。

【0026】

以上の説明及び図面は単に、ここで説明した特徴及び利点を達成する特定の実施形態の例示と見なされるべきものである。具体的なプロセス条件には変更及び代用が為され得る。従って、本発明の実施形態は、以上の説明及び図面によって限定されるものとして見なされるものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15A】

【図15B】

【図15C】

【図15D】