特許 7184564 エンハンスメントモードトランジスタ用ゲート

(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】

(24)【登録日】2022-11-28

(45)【発行日】2022-12-06

(54)【発明の名称】エンハンスメントモードトランジスタ用ゲート

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/338 20060101AFI20221129BHJP

   H01L 29/812 20060101ALI20221129BHJP

   H01L 29/778 20060101ALI20221129BHJP

【ＦＩ】

H01L29/80 M

H01L29/80 H

【請求項の数】 12

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2018151555

(22)【出願日】2018-08-10

(65)【公開番号】P2019036726

(43)【公開日】2019-03-07

【審査請求日】2021-04-23

(31)【優先権主張番号】17186014.1

(32)【優先日】2017-08-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】514156563

【氏名又は名称】アイメック・ヴェーゼットウェー

【氏名又は名称原語表記】ＩＭＥＣ ＶＺＷ

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100112911

【弁理士】

【氏名又は名称】中野 晴夫

(72)【発明者】

【氏名】スティーヴ・ストッフェルス

【審査官】恩田 和彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０２９２４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０４２８８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０９７４７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－２３２４５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０９１３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５２３７００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２９／７７８

Ｈ０１Ｌ ２９／８１２

Ｈ０１Ｌ ２１／３３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンハンスメントモードトランジスタのゲート（１、２）を形成するための方法に関し、この方法は、
ａ．エンハンスメントモードトランジスタのＡｌ_ｘ’Ｇａ_ｙ’Ｉｎ_ｚ’Ｎチャネル層（４）の上に、積み重なった第１部分（２ａ）と第２部分（２ｂ）からなる、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層を、ｘ＋ｙ＋ｚが１で、ｘ’＋ｙ’＋ｚ’が１である条件で提供する工程と、
ｂ．ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層（２）の第２部分（２ｂ）の上部表面の上に金属ゲート層（１）を提供する工程であって、金属ゲート層（１）は、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層（２）の第２部分（２ｂ）とショットキバリアを形成するような金属から形成される工程と、
を含み、
ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層（２）を提供する工程は、
ａ１．製造中のエンハンスメントモードトランジスタのＡｌ_ｘ’Ｇａ_ｙ’Ｉｎ_ｚ’Ｎチャネル層（４）の上に、第１部分（２ａ）が少なくとも３ｎｍの膜厚に到達するまで、ｐドープＡｌｘＧａｙＩｎｚＮゲート層の第１部分（２ａ）を成長する工程であって、第１部分（２ａ）は多くて３×１０^１９原子／ｃｍ^３の平均Ｍｇ濃度を有する工程と、
ａ２．ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層（２）の第１部分（２ａ）の上に、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層（２）の第２部分（２ｂ）を成長する工程であって、第２部分（２ｂ）は３×１０^１９原子／ｃｍ^３より高い平均Ｍｇ濃度を有し、６×１０^１９原子／ｃｍ^３より高いＭｇ濃度を有する上部表面を有する工程と、を含み、
工程ａは、堆積チャンバ中で行われ、工程ａ２は、
（ｉ）第１部分（２ａ）の成長を止める工程と、続いて、
（ii）チャンバに、Ｍｇ前駆体ガスの流量を供給し、Ｇａ、ＩｎおよびＡｌ前駆体ガスの流量を供給しない、および／またはＮ前駆体ガスの流量を供給しない工程と、続いて、
（iii）そこに含まれるＭｇ前駆体をチャンバから洗浄せずに、Ｍｇ前駆体ガスの流量、Ｇａ、ＩｎおよびＡｌ前駆体ガスから選択される１またはそれ以上の前駆体ガスの流量、およびＮ前駆体ガスの流量をチャンバに供給し、第２部分（２ｂ）を成長する工程と、を含み、
工程（ii）は、５秒から１５秒間、好適には８秒から１２秒間行われる方法。

【請求項2】

エンハンスメントモードトランジスタのゲート（１、２）を形成するための方法に関し、この方法は、
ａ．エンハンスメントモードトランジスタのＡｌ _ｘ’ Ｇａ _ｙ’ Ｉｎ _ｚ’ Ｎチャネル層（４）の上に、積み重なった第１部分（２ａ）と第２部分（２ｂ）からなる、ｐドープＡｌ _ｘ Ｇａ _ｙ Ｉｎ _ｚ Ｎゲート層を、ｘ＋ｙ＋ｚが１で、ｘ’＋ｙ’＋ｚ’が１である条件で提供する工程と、
ｂ．ｐドープＡｌ _ｘ Ｇａ _ｙ Ｉｎ _ｚ Ｎゲート層（２）の第２部分（２ｂ）の上部表面の上に金属ゲート層（１）を提供する工程であって、金属ゲート層（１）は、ｐドープＡｌ _ｘ Ｇａ _ｙ Ｉｎ _ｚ Ｎゲート層（２）の第２部分（２ｂ）とショットキバリアを形成するような金属から形成される工程と、
を含み、
ｐドープＡｌ _ｘ Ｇａ _ｙ Ｉｎ _ｚ Ｎゲート層（２）を提供する工程は、
ａ１．製造中のエンハンスメントモードトランジスタのＡｌ _ｘ’ Ｇａ _ｙ’ Ｉｎ _ｚ’ Ｎチャネル層（４）の上に、第１部分（２ａ）が少なくとも３ｎｍの膜厚に到達するまで、ｐドープＡｌｘＧａｙＩｎｚＮゲート層の第１部分（２ａ）を成長する工程であって、第１部分（２ａ）は多くて３×１０ ^１９ 原子／ｃｍ ^３ の平均Ｍｇ濃度を有する工程と、
ａ２．ｐドープＡｌ _ｘ Ｇａ _ｙ Ｉｎ _ｚ Ｎゲート層（２）の第１部分（２ａ）の上に、ｐドープＡｌ _ｘ Ｇａ _ｙ Ｉｎ _ｚ Ｎゲート層（２）の第２部分（２ｂ）を成長する工程であって、第２部分（２ｂ）は３×１０ ^１９ 原子／ｃｍ ^３ より高い平均Ｍｇ濃度を有し、６×１０ ^１９ 原子／ｃｍ ^３ より高いＭｇ濃度を有する上部表面を有する工程と、を含み、
工程ａは、堆積チャンバ中で行われ、工程ａ２は、
（ｉ）第１部分（２ａ）の成長を止める工程と、続いて、
（ii）チャンバに、Ｍｇ前駆体ガスの流量を供給し、Ｇａ、ＩｎおよびＡｌ前駆体ガスの流量を供給しない、および／またはＮ前駆体ガスの流量を供給しない工程と、続いて、
（iii）そこに含まれるＭｇ前駆体をチャンバから洗浄せずに、Ｍｇ前駆体ガスの流量、Ｇａ、ＩｎおよびＡｌ前駆体ガスから選択される１またはそれ以上の前駆体ガスの流量、およびＮ前駆体ガスの流量をチャンバに供給し、第２部分（２ｂ）を成長する工程と、を含み
工程（ii）および任意的に工程（iii）は、９００℃から１０００℃の温度、好適には９３０℃から９７０℃の温度で行われる方法。

【請求項3】

工程ａは、化学気相堆積により行われる請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

工程（ii）は、チャンバの雰囲気をＭｇ前駆体で飽和させる方法で行われる請求項１～３のいずれかに記載の方法。

【請求項5】

工程ａ２の工程（ii）中のＭｇ前駆体ガスの流量は、工程ａ１で第１部分（２ａ）の成長に使用されるＭｇ前駆体ガスの流量より多い請求項１～４のいずれかに記載の方法。

【請求項6】

工程ａ１は、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第１部分（２ａ）が、１０ｎｍから６０ｎｍの膜厚に到達するまで行われる請求項１～５のいずれかに記載の方法。

【請求項7】

第２部分（２ｂ）から離れた第１部分（２ａ）の底部のＭｇ濃度は、第２部分（２ｂ）との界面における、第１部分（２ａ）の上部の濃度より低い請求項１～６のいずれかに記載の方法。

【請求項8】

さらに、Ａｌ_ｘ’Ｇａ_ｙ’Ｉｎ_ｚ’Ｎチャネル層（４）の上の、Ａｌ_ｘ”Ｇａ_ｙ”Ｉｎ_ｚ”Ｎバリア層（３）を提供する工程を含み、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層（２）はＡｌ_ｘ”Ｇａ_ｙ”Ｉｎ_ｚ”Ｎバリア層の上に提供され、ｘ”＋ｙ”＋ｚ”が１であり、ｘ＜ｘ”＞ｘ’である請求項１～７のいずれかに記載の方法。

【請求項9】

ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層（２）の第２部分（２ｂ）は、４×１０^１９原子／ｃｍ^３より高い、好適には５×１０^１９原子／ｃｍ^３より高い平均Ｍｇ濃度を有する請求項１～８のいずれかに記載の方法。

【請求項10】

ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第２部分の上部表面（５）は、７×１０^１９原子／ｃｍ^３より高い、好適には７．５×１０^１９原子／ｃｍ^３より高いＭｇ濃度を有する請求項１～９のいずれかに記載の方法。

【請求項11】

ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層（２）の第１部分（２ａ）は、チャネル層（３）近傍で、は２×１０^１９原子／ｃｍ^３より低いＭｇ濃度を有する底部表面を有する請求項１～１０のいずれかに記載の方法。

【請求項12】

工程ａ２は、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第２部分（２ｂ）が、少なくとも２０ｎｍ、好適には少なくとも３０ｎｍの膜厚に到達するまで行われる請求項１～１１のいずれかに記載の方法。

【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トランジスタの分野に関する。特に、本発明は、エンハンスメントモードトランジスタ中にゲートを形成する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

窒化ガリウム（ＧａＮ）系の半導体デバイスは、高電圧を支持し、大電流を運ぶことができる。これは、高電力／高周波への応用を目的としたパワー半導体デバイスへの立候補を約束する。そのような応用のために作製されたデバイスは、高い電子移動度を示し、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、ヘテロ接合トランジスタ（ＨＦＥＴ）、または変調ドープ電界効果トランジスタ（ＭＯＤＦＥＴ）のように呼ばれる。これらのタイプのデバイスは、一般に、高周波（例えば１００ｋＨｚ～１０ＧＨｚ）で動作し、一般に、例えば１００Ｖのような高電圧に耐えることができる。

【0003】

ＧａＮＨＥＭＴデバイスは、一般に、ＧａＮ層に隣接したＡｌＧａＮバリア層を含む。それらの２つの層の材料の違いは、２つの層の接合近傍で、よりバンドギャップの小さい層の中での、導電性の２次元電子ガス（２ＤＥＧ）に貢献する。この２ＤＥＧは、デバイスを通って電荷が流れるのを可能にする。これは、そのようなデバイスを、ゲートにバイアスがかからない場合にノーマリ「オン」であるデプレッションモードのデバイスにする。エンハンスメントモード（ｅ－モード、ノーマリ「オフ」）デバイスは、一般に、それらが安全で容易に制御できるために、一般にはより興味を持たれている。エンハンスメントモードデバイスは、電流を流すために、ゲートに正のバイアスを適用することが必要である。

【0004】

しかしながら、エンハンスメントモードデバイスとして働くＧａＮＨＥＭＴデバイスのためには、２ＤＥＧ領域は空乏化しなければいけない。

【0005】

ＧａＮＨＥＭＴトランジスタのためにノーマリオフ（ｅ－モード）を達成するための１つの解決方法は、ゲート領域に、例えば正にドープされたＧａＮ層のような、ｐ－ＧａＮ層を用いることである。ｐ－ＧａＮ層中のフェルミレベルは、価電子帯に向かって引っ張られ、ＧａＮチャネル領域のバンドダイアグラムを引き上げて、必要なｅ－モード動作を達成する。この解決方法の欠点は、ｐ－ＧａＮゲートは、ジャンクションタイプのゲートであり、それゆえに高いゲートリークが起きることである。ゲートリークを低減するための解決方法は、ゲート金属を用いることであり、これによりｐ－ＧａＮに向かってショットキコンタクトを形成する。図１に示す断面図では、ショットキ金属はＴｉＮである。しかしながら、ショットキ金属のリークは、ｐ－ＧａＮ層中の活性なＭｇ濃度により殆ど決定され、濃度が高いほど、より高いゲートリークとなる。これは、閾値電圧とゲートリークとの間のトレードオフをもたらす。なぜならば、高い閾値電圧を達成するためには、高いＭｇ濃度が必要だからである。しかしながら、これは、また、リークの増加に繋がる。

【0006】

ＵＳ２０１０／０２５８８４１は、エンハンスメントモードＧａＮトランジスタに関し、ゲートコンタクトに正電圧を印加してトランジスタをオンにした場合の、高いゲートリークの問題を取り扱う。ＵＳ２０１０／０２５８８４１は、ｐ－ＧａＮ層の成長中に、Ｍｇ原子が成長面に拡散することに言及している。それゆえに、成長を終了した場合に、高ドープ層が表面に存在し、正バイアスをゲートコンタクトに印加した場合に、この層の上が高ドープであるため、大きな電流が形成される。ＵＳ２０１０／０２５８８４１は、ゲートコンタクト近傍でＭｇ濃度を約１０^１６／ｃｍ^３に低減して、ゲートコンタクトとｐ型ＧａＮとの間にショットキコンタクトを形成できることにより、この電流リークの問題の解決を提案する。ゲートコンタクト近傍のＭｇ濃度の低減に加えて、ＵＳ２０１０／０２５８８４１は、更に正孔密度を減らすために、ゲートコンタクト近傍のＳｉ原子を加えることにより、ｐ－ＧａＮゲート層にｎ－ドープすることを提案する。しかしながら、ＵＳ２０１０／０２５８８４１は、ゲートコンタクト近傍のＭｇ濃度の低減を可能にする実験的方法を提案していない。実際、ＭＯＣＶＥ成長の動力学により、表面ピークＭｇ濃度は一般に上面の近傍に存在するため、そのような低減を行うことは非常に困難である。さらに、Ｍｇ濃度に正確に合わせることが必要で、それゆえに全体のカウンタードープが必要となるため、Ｓｉカウンタードープは容易ではない。もちろん、もしカウンタードープが不十分であれば、ゲートリークが期待され、もしカウンタードープが過剰であれば、デバイスの上面近傍に高ドープｎ層を形成する。

【0007】

それゆえに、高いゲートリークの問題を取り扱う、この分野での新しい方法が必要とされる。

【発明の概要】

【0008】

本発明の目的は、制限されたゲートリークを示す、エンハンスメントモードのトランジスタのゲートを形成する良好な方法を提供することである。本発明のさらなる目的は、そのようなゲートを含むエンハンスメントモードのトランジスタを提供することである。

【0009】

本発明の具体例の長所は、金属ゲート層との界面に空乏領域が形成でき、これによりショットキバリアの形成を可能にすることである。

【0010】

本発明の具体例の長所は、空乏領域が比較的均一にできることである。

【0011】

本発明の具体例の長所は、この空乏領域の大きさとその正孔濃度が容易に制御できることである。

【0012】

本発明の具体例の長所は、この空乏領域の正孔濃度が、比較的容易に所定の値に設定できることである。

【0013】

上述の目的は、本発明にかかる方法およびデバイスにより達成される。

【0014】

第１の形態では、本発明はエンハンスメントモードトランジスタのゲートを形成するための方法に関し、この方法は、
ａ．エンハンスメントモードトランジスタのＡｌ_ｘ’Ｇａ_ｙ’Ｉｎ_ｚ’Ｎチャネル層の上に、積み重なった第１部分と第２部分からなる、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層を、ｘ＋ｙ＋ｚが１で、ｘ’＋ｙ’＋ｚ’が１である条件で提供する工程と、
ｂ．ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第２部分の上部表面の上に金属ゲート層を提供する工程であって、金属ゲート層は、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第２部分とショットキバリアを形成するような金属から形成される工程と、
を含み、
ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層を提供する工程は、
ａ１．製造中のエンハンスメントモードトランジスタのＡｌ_ｘ’Ｇａ_ｙ’Ｉｎ_ｚ’Ｎチャネル層の上に、第１部分が少なくとも３ｎｍの膜厚に到達するまで、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第１部分を成長する工程であって、第１部分は多くて３×１０^１９原子／ｃｍ^３の平均Ｍｇ濃度を有する工程と、
ａ２．ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第１部分の上に、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第２部分を成長する工程であって、第２部分は３×１０^１９原子／ｃｍ^３より高い平均Ｍｇ濃度を有し、６×１０^１９原子／ｃｍ^３より高いＭｇ濃度を有する上部表面を有する工程と、を含む。

【0015】

第２の形態では、本発明は、第１の形態に方法により得られるゲートを含むエンハンスメントモードトランジスタに関する。特に、これは、
ａ．Ａｌ_ｘ’Ｇａ_ｙ’Ｉｎ_ｚ’Ｎチャネル層の上の、積み重なった第１部分と第２部分からなるｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層であって、ｘ＋ｙ＋ｚが１で、ｘ’＋ｙ’＋ｚ’が１であるゲート層と、
ｂ．ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第２部分の上部表面の上の金属ゲート層であって、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第２部分とショットキバリアを形成するような金属から形成される金属ゲート層と、を含むエンハンスメントモードトランジスタであって、
ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第１部分は、多くて３×１０^１９原子／ｃｍ^３の平均Ｍｇ濃度を有し、第１部分の上にあり金属ゲート層と物理的にコンタクトするｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第２部分は、３×１０^１９原子／ｃｍ^３より高い平均Ｍｇ濃度を有し、上部表面は６×１０^１９原子／ｃｍ^３より高いＭｇ濃度を有する。

【0016】

本発明の特別で好適な形態は、添付の独立請求項および従属請求項に開示される。従属請求項の特徴は、適当に、単に請求項に明白に記載されたされたものでなく、独立請求項の特徴および他の従属請求項の特徴と組み合わせても良い。

【0017】

この分野ではデバイスの一定の改良、変化、および進化があるが、本概念は、本質的に新しく、新規な改良であり、従来の実線からの出発を含み、より効果的で、安定し、信頼のあるこの性能のデバイスを提供できる。

【0018】

本発明の、上述のおよび他の特徴、性質、および長所は、本発明の原理を例示の方法で示す添付の図面と共に、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。この説明は、単に例示を目的として与えられ、本発明の範囲を限定するものではない。以下で引用される参照符号は、添付の図面について言及する。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の具体例にかかる方法により得られた、エンハンスメントモードＧａＮトランジスタに含まれる積層の断面の模式図である。

【図2】従来技術で知られたｐ－ＧａＮ中の、正孔濃度とＭｇ濃度との関係を示すグラフである。

【図3】従来技術で得られる典型的なＭｇ濃度分布（下）と、本発明の具体例にかかる方法で得られるエンハンスメントモードＧａＮトランジスタ中の典型的なＭｇ濃度分布（上）との模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明は、特定の具体例について、所定の図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではなく、請求の範囲によってのみ限定されるものである。記載された図面は、単に模式的であり、限定するものではない。図面において、図示目的で、いくつかの要素の大きさは拡張され、縮尺通りに記載されていない。寸法と相対寸法は、本発明の実施の実際の縮小には対応していない。

【0021】

更に、記載や請求の範囲中の、第１、第２、第３等の用語は、類似の要素の間で区別するために使用され、一時的、空間的な、ランキングまたは他の方法による順序を表す必要はない。そのように使用される用語は、適当な状況下で入替え可能であり、ここに記載された発明の具体例は、ここに記載や図示されたものと異なる順序によっても操作できることを理解すべきである。

【0022】

また、記載や請求の範囲中の、上、下、上に、下に等の用語は、記載目的のために使用され、相対的な位置を示すものではない。そのように使用される用語は、適当な状況下で入替え可能であり、ここに記載された発明は、ここに記載や図示されたものと異なる位置でも操作できることを理解すべきである。

【0023】

請求の範囲で使用される「含む（comprising）」の用語は、それ以降に示される要素に限定するものと解釈すべきではなく、他の要素や工程を排除しないことに注意すべきである。このように、言及された特徴、数字、工程、または成分は、その通りに解釈され、１またはそれ以上の他の特徴、数字、工程、または成分、またはこれらの組み合わせの存在または追加を排除してはならない。このように、「手段ＡおよびＢを含むデバイス」の表現の範囲は、構成要素ＡとＢのみからなるデバイスに限定されるべきではない。本発明では、単にデバイスに関連した構成要素がＡとＢであることを意味する。

【0024】

この明細書を通じて参照される「一の具体例（one embodiment）」または「ある具体例（an embodiment）」は、この具体例に関係して記載された特定の長所、構造、または特徴は、本発明の少なくとも１つの具体例に含まれることを意味する。このように、この明細書を通して多くの場所の「一の具体例（one embodiment）」または「ある具体例（an embodiment）」の語句の表現は、同じ具体例を表す必要はなく、表しても構わない。更に、特定の長所、構造、または特徴は、この記載から当業者に明らかなように、１またはそれ以上の具体例中で適当な方法で組み合わせることができる。

【0025】

同様に、本発明の例示の記載中において、能率的に開示し、様々な発明の形態の１またはそれ以上の理解を助ける目的で、本発明の様々な長所は、時には１つの具体例、図面、またはその記載中にまとめられることを評価すべきである。しかしながら、この開示の方法は、請求される発明がそれぞれの請求項に記載されたものより多くの特徴を必要とすることを意図して表されていると解釈すべきではない。むしろ、以下の請求項が表すように、発明の態様は、１つの記載された具体例の全ての長所より少なくなる。このように詳細な説明に続く請求の範囲は、これにより詳細な説明中に明確に含まれ、それぞれの請求項は、この発明の別々の具体例としてそれ自身で成立する。

【0026】

更に、ここで記載された幾つかの具体例は幾つかの特徴で、他の具体例に含まれる以外の特徴を含み、異なった具体例の長所の組み合わせは、本発明の範囲に入ることを意味し、当業者に理解されるように異なった具体例を形成する。例えば、以下の請求の範囲では、請求された具体例のいくつかは、他の組み合わせにおいても使用することができる。

【0027】

ここで与えられる記載において、多くの特別な細部が示される。しかしながら、本発明の具体例はそれらの特別な細部無しに実施できることを理解すべきである。他の例では、公知の方法、構造、および技術は、この記載の理解をわかりにくくしないために、詳細には示されていない。

【0028】

以下の用語は、本発明の理解を助けるためにのみ提供される。

【0029】

原子／ｃｍ^３のＭｇ濃度は、２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）により測定することができる。

【0030】

本発明は、本発明の様々な具体例の詳細な記載により開示される。本発明の他の具体例が、本発明の技術的な教示から離れることなく、当業者の知識に従って形成できることは明らかであり、本発明は添付の請求の範囲の用語によってのみ限定される。

【0031】

トランジスタを参照する。それらは、ドレインのような第１主電極、ソースのような第２主電極、および第１および第２の主電極の間で電荷の流れを制御するためのゲートのような制御電極を有するデバイスである。

【0032】

理論に縛られることなく、本発明は、Ｍｇ濃度が所定の閾値濃度を超えた場合に起きる自己補償により働くものと信じられる。閾値濃度は、約３×１０^１９原子／ｃｍ^３である。この閾値より下では、ｐ－ＧａＮ層中のＭｇ濃度の増加は、この層の正孔濃度の増加となる。閾値より上では、最初は正孔濃度は停滞し、少なくとも６×１０^１９原子／ｃｍ^３の値に到達した場合に急激に減少する。機械論的な用語では、この効果は、閾値の上では、追加のＭｇ原子が、すでに存在するＭｇを補償する点欠陥（Ｍｇ侵入、窒素空孔）を形成し、これにより正孔濃度を増加させる代わりに減少させるという事実により説明できる。本発明は、Ｍｇ濃度を減少させる代わりに直観に反して増加させることで、金属ゲート層近傍のｐ－ＧａＮ層中で、制御可能な低いＭｇ濃度の達成の困難さを回避するために、この特性を使用する。最終結果が、金属ゲート層に近いｐ－ＧａＮ層中で低い正孔濃度となる。

【0033】

本発明の第１の形態は、エンハンスメントモードトランジスタのゲートの形成方法に関する。ゲートは、金属ゲート層をその上に有するｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層を含み、典型的にはこれからなる。

【0034】

ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層は、ＭｇがドープされたＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層である。

【0035】

ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層は、積層した第１および第２の部分からなる。第２部分は、連続のまたは不連続の成長プロセス中に、第１部分の上にエピタキシャル成長される。第１部分は、多くて３×１０^１９原子／ｃｍ^３の平均Ｍｇ濃度を有し、第２部分は、３×１０^１９原子／ｃｍ^３より高い平均Ｍｇ濃度を有し、上部表面は６×１０^１９原子／ｃｍ^３より高いＭｇ濃度を有する。

【0036】

「ノーマリオフ」モードを達成するための、十分に高い正孔濃度とするために、第１部分中の平均Ｍｇ濃度は、好適には０．５×１０^１９原子／ｃｍ^３より高く、好適には１×１０^１９原子／ｃｍ^３より高く、より好適には２×１０^１９原子／ｃｍ^３より高い。第１部分のＭｇ濃度として３×１０^１９原子／ｃｍ^３が最も好ましい。

【0037】

具体例では、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第２部分は、４×１０^１９原子／ｃｍ^３より高い平均Ｍｇ濃度、好適には５×１０^１９原子／ｃｍ^３より高い平均Ｍｇ濃度を有しても良い。これは、第２部分の正孔濃度を低減し、電流リークの低減を助ける。

【0038】

Ｍｇ濃度は、一般には、それぞれに部分の膜厚方向で一定ではない。なぜならば、部分のより深い部分より、部分の成長表面においてより高くなる傾向にあるからである。それゆえに、この濃度は、上部近傍でより高くなり、部分の底部近傍でより低くなる。

【0039】

第１部分の上部のＭｇ濃度は、好適には４×１０^１９原子／ｃｍ^３より低く、より好適には３．５×１０^１９原子／ｃｍ^３より低く、さらに好適には３×１０^１９原子／ｃｍ^３より低い。

【0040】

第２部分の底部でのＭｇ濃度は、第１部分の上部のＭｇ濃度以上である。もし、連続ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート成長プロセスが用いられた場合は、それが略等しいか僅かに高くなり、もし、不連続ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート成長プロセスが用いられた場合、およびｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート成長を再開する前に成長雰囲気でＧａ、Ｉｎ、およびＡｌの前駆体無しで、および／またはＮ前駆体無しで、Ｍｇ前駆体のみを流すｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート成長プロセス中の中断が用いられた場合は、それはより高くなる。

【0041】

第２部分の上部のＭｇ濃度は、６×１０^１９原子／ｃｍ^３より高い。

【0042】

具体例では、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第２部分の上部表面は、７×１０^１９原子／ｃｍ^３より高い、好適には７．５×１０^１９原子／ｃｍ^３より高いＭｇ濃度を有しても良い。これは、第２部分において正孔濃度の低減に大きく貢献し、電流リークの低減を助ける。

【0043】

具体例では、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第１部分は、チャネル層に最も近い、２×１０^１９原子／ｃｍ^３より低いＭｇ濃度を有する底面を有しても良い。

【0044】

具体例では、第一部分の膜厚は、１０ｎｍから６０ｎｍでも良い。具体例では、第２部分の膜厚は、少なくとも２０ｎｍ、好適には少なくとも３０ｎｍでも良い。好適には、第２部分の上部１０ｎｍは、６×１０^１９原子／ｃｍ^３より高い平均Ｍｇ濃度を有する。

【0045】

ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層を形成する工程は、一般には、化学気相堆積（ＣＶＤ）、より正確には、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）、即ち１またはそれ以上の有機金属前駆体の使用を含むＣＶＤ方法で行われる。一般には、前駆体ガスを流す工程を含む全ての工程は、キャリアガスの存在下、好適には、Ｎ_２／Ｈ_２混合ガスのような還元性の混合ガスの存在下で行われる。

【0046】

ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層中で、ｘ、ｙおよびｚの合計は１である。好適には、ｙは少なくとも０．５である。より好適には、ｙは少なくとも０．８である。さらに好適には、ｙは少なくとも０．９である、最も好適には、ｙは１に等しい。

【0047】

その上にＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層が形成されるＡｌ_ｘ’Ｇａ_ｙ’Ｉｎ_ｚ’Ｎチャネル層も、一般には化学気相堆積で、基板上に形成される。一般には、Ａｌ_ｘ’Ｇａ_ｙ’Ｉｎ_ｚ’Ｎチャネル層とＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層との間に存在するＡｌ_ｘ”Ｇａ_ｙ”Ｉｎ_ｚ”Ｎバリア層、ｘ”＋ｙ”＋ｚ”＝１もまた、一般には化学気相堆積により形成される。このように、一般には、Ａｌ_ｘ’Ｇａ_ｙ’Ｉｎ_ｚ’Ｎチャネル層は基板上にエピタキシャル成長され、Ａｌ_ｘ”Ｇａ_ｙ”Ｉｎ_ｚ”Ｎバリア層はＡｌ_ｘ’Ｇａ_ｙ’Ｉｎ_ｚ’Ｎチャネル層の上にエピタキシャル成長され、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第１部分が（Ａｌ_ｘ”Ｇａ_ｙ”Ｉｎ_ｚ”Ｎバリア層の上に）形成され、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第２部分がｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ層の第１部分の上にエピタキシャル成長される。

【0048】

Ａｌ_ｘ’Ｇａ_ｙ’Ｉｎ_ｚ’Ｎチャネル層では、ｘ’、ｙ’およびｚ’の合計は１である。好適には、ｙ’は少なくとも０．５である。より好適には、ｙ’は少なくとも０．８である。さらに好適には、ｙ’は少なくとも０．９である。最も好適には、ｙ’は１に等しい。好適には、必ずしも必要ではないが、ｘ＝ｘ’、ｙ＝ｙ’およびｚ＝ｚ’である。

【0049】

チャネル層中の平均Ｍｇ濃度は、好適には０．５×１０^１９原子／ｃｍ^３より低く、より好適には１×１０^１８原子／ｃｍ^３である。具体例では、Ａｌ_ｘ’Ｇａ_ｙ’Ｉｎ_ｚ’Ｎチャネル層はドープされない。

【0050】

一般に、工程ａおよび工程ｂは、堆積チャンバ（例えばＣＶＤ堆積チャンバ）中で行われ、より好適には同じ堆積チャンバ中で行われる。工程ａ１と工程ａ２は、一般には同じ堆積チャンバ中で行われる。

【0051】

本発明の第１形態の方法の具体例では、工程は堆積チャンバ中で行われ、工程ａ２は、
（ｉ）第１部分の成長を止める工程、続いて、
（ii）チャンバに、Ｍｇ前駆体ガスの流量を供給し、Ｇａ、ＩｎおよびＡｌ前駆体ガスの流量を供給しない（即ち、Ｇａ前駆体ガスの供給無し、Ｉｎ前駆体ガスの供給無し、およびＡｌ前駆体ガスの供給無し）および／またはＮ前駆体ガスの流量を供給しない工程と、続いて、
（iii）そこに含まれるＭｇ前駆体をチャンバから洗浄せずに、Ｍｇ前駆体ガスの流量、Ｇａ、ＩｎおよびＡｌ前駆体ガスから選択される１またはそれ以上の前駆体ガスの流量、およびＮ前駆体ガスの流量をチャンバに供給し、第２部分を成長する工程と、
を含んでも良い。

【0052】

好適には、Ｇａ、ＩｎおよびＡｌ前駆体ガスから選択される１またはそれ以上の前駆体ガスの流量に対して、Ｇａの流量は、少なくとも５０％、好適には少なくとも８０％、より好適には９０％、基も好適には１００％である。

【0053】

Ｎおよび／またはＧａ、ＩｎおよびＡｌの前駆体の供給の中断工程を含む不連続成長プロセスが行われるこの具体例は特徴的である。なぜならば、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の成長中のＭｇ濃度が、Ｍｇの流量の増加と反応して、一般には非常にゆっくり増加するからである。Ｎおよび／またはＧａ、ＩｎおよびＡｌの流量の中断は、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の再成長前に、チャンバ中および積層する第１部分の上でＭｇの量を許容し、これにより、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層中の比較的低いＭｇ濃度から、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第２部分中の比較的高いＭｇ濃度まで、より急峻な変化を可能とする。

【0054】

第１部分の成長を止める工程（ｉ）は、一般には、Ｇａ、ＩｎおよびＡｌの前駆体および／またはＮの前駆体の流量を止める工程を含む。この目的のために、Ｇａ、ＩｎおよびＡｌの前駆体の流量、およびＮの前駆体の流量の少なくとも１つが止められ、好適にはそれらの全てが止められる。具体例では、工程（ｉ）および工程（ii）は、Ｇａ、ＩｎおよびＡｌの前駆体および／またはＮの前駆体の流量を止める工程と、Ｍｇの前駆体の流量（例えば、同じ流量およびより高い流量）を維持する工程との組み合わせでも良い。工程（ii）の終わりに、チャンバはその雰囲気中に、一般には壁面の上にＭｇ前駆体を含む。工程（iii）は、それらの前駆体からチャンバを洗浄することなく行われる。工程（iii）におけるＭｇ前駆体ガスの供給工程は、幾つかの具体例では、工程（ii）で供給されるＭｇ前駆体の流量を維持または増加させることにより行われる。具体例では、工程（i）と工程（ii）との間の遷移は、それゆえに、Ｇａ、ＩｎおよびＡｌの前駆体およびＮの前駆体の１またはそれ以上の流量を提供し、一方、Ｍｇ前駆体の流量を維持または増加させることで達成される。

【0055】

具体例では、工程（ii）は、チャンバの雰囲気がＭｇ前駆体で飽和するように行われる。これは、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第２部分中に、Ｍｇ前駆体を可能な限り多く取り込むのに貢献し、第２部分の正孔濃度を可能な限り低くするため、有利である。

【0056】

それぞれの工程中のそれぞれの前駆体の流量は、所望のＭｇ濃度が達成できるように適用される。

【0057】

特別なＭｇ濃度の達成は、所望の濃度を達成するために、一方のＭｇ前駆体の流量と、他方のＡｌ、ＧａおよびＩｎ前駆体の流量との間の流量比を調整することで行える。

【0058】

例えば、所望のＭｇ濃度の達成は、所望の濃度を達成するようにＭｇ前駆体の流量を調整することにより行える。

【0059】

得られた流量の特定の選択のためのＭｇ濃度分布は、装置、温度、および圧力に依存し、試行錯誤により直接的に決定できる。

【0060】

具体例では、工程ａ２の工程（ii）中のＭｇ前駆体ガスの流量は、工程ａ１で第１部分の成長に使用されるＭｇ前駆体ガスの流量より多くても良い。ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第２部分中で可能な限り多くのＭｇ前駆体を取り込み、正孔濃度を好ましい程度に低くするのに貢献するため、これは有利である。

【0061】

具体例では、工程（ii）は、５秒から１５秒行われ、好適には８秒から１２秒行われる。これは、一般には、３×１０^１９原子／ｃｍ^３より高い平均Ｍｇ濃度を有し、６×１０^１９原子／ｃｍ^３より高いＭｇ濃度を有する上部表面を有するｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第２部分を得るのに十分な程度にチャンバを確実にＭｇリッチとし、一方で、同時にプロセスを不必要に長くすることのない程度に十分な長さである。より長い時間でももちろん機能するが、有利さは少なくなる。

【0062】

具体例では、工程ａ１は、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層のｐ第１部分の成長が可能な何れの温度で行っても良い。例えば、９００℃から１０５０℃の温度を使用しても良い。

【0063】

具体例では、工程ａ２の工程（ii）および任意的に工程ａ２の工程（iii）は、９００℃から１０００℃の温度、好適には９３０℃から９７０℃の温度で行っても良い。工程ａ１よる工程ａ２のためにより低い温度を使用すると、第２部分の形成中に、第１部分にＭｇが移動する傾向を低減することができる。

【0064】

具体例では、工程ａ１は、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第１部分が、３ｎｍから６０ｎｍ、好適には５ｎｍから６０ｎｍ、より好適には１０ｎｍから６０ｎｍの膜厚に達するまで行っても良い。閾値電圧に負の影響を与えないのに十分な膜厚であるため、この膜厚範囲の第１部分を有することは有利である。

【0065】

具体例では、工程ａ２は、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第２部分が、少なくとも２０ｎｍ、好適には少なくとも３０ｎｍに達するまで行われても良い。ゲート金属近傍の、そのような膜厚の低正孔濃度のｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮは、良好なショットキコンタクトと低リーク電流に貢献する。

【0066】

工程ｂでは、金属ゲート層の材料は、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第２部分とショットキバリアを形成する材料である。これは、一般には、平衡状態において、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層のバンドギャップ中で、その価電子帯端より上に、そのフェルミレベルが位置するように、金属ゲート層を形成する材料を選択することにより行われる。

【0067】

Ｍｇ前駆体は、ＣＶＤ中にｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ層をドーピングするために、当業者に知られた、いずれかの前駆体、またはその組み合わせでも良い。例えば、ビス・シクロペンタジエニルマグネシウム（ＣｐＭｇ）でも良い。

【0068】

Ｎ前駆体は、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ層を形成するために、当業者に知られた、いずれかのＮ前駆体、またはその組み合わせでも良い。例えば、ＮＨ_３、フェニルヒドラジン、ジメチルヒドラジン、またはブチルアミン－ｔでも良い。

【0069】

Ｇａ前駆体は、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ層を形成するために、当業者に知られた、いずれかのＧａ前駆体、またはその組み合わせでも良い。例えば、トリメチルガリウム、またはトリエチルガリウムである。

【0070】

具体例では、この方法は、さらにＡｌ_ｘ’Ｇａ_ｙ’Ｉｎ_ｚ’Ｎチャネル層の上にＡｌ_ｘ”Ｇａ_ｙ”Ｉｎ_ｚ”Ｎバリア層を提供する工程を含み、その上に、例えばＡｌ_ｘ”Ｇａ_ｙ”Ｉｎ_ｚ”Ｎバリア層の上に、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層が形成され、ここではｘ”＋ｙ”＋ｚ”が１である。バリア層は、一般には、チャネル層より広いバンドギャップを有する層である。ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層がＡｌ_ｘ”Ｇａ_ｙ”Ｉｎ_ｚ”Ｎバリア層の（上ではなく）上方に供給される具体例では、Ａｌ_ｘ’Ｇａ_ｙ’Ｉｎ_ｚ’Ｎチャネル層とｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層との間に１層以上が存在する。チャネル層とゲート層との間に存在するこの複数の層は、まとめてバリアと呼んでも良い。バリアは、ここでは底部層と呼ばれるバリア層を含む。より大きなバンドギャップを達成するために、具体例では、ｘ”がｘ’より大きくても良い。好適には、ｘ＜ｘ”＞ｘ’である。もちろん、ｘ”を増加させることは、Ａｌ_ｘ”Ｇａ_ｙ”Ｉｎ_ｚ”Ｎバリア層のバンドギャップを大きくする傾向にある。より影響は少ないが、ｙ”／ｚ”の比は、ｙ’／ｚ’の比より大きくても良い。好適には、（ｙ／ｚ）＜（ｙ”／ｚ”）＞（ｙ’／ｚ’）である。もちろん、このｙ”／ｚ”の比が大きくなると、同じｘ”におけるバンドギャップはより大きくなる。

【0071】

好適には、バリア層の（自然なおよび圧電的な）分極は、チャネルの分極より大きくても良い。これによりチャネル中の２ＤＥＧの形成が促進されるので、有利である。より大きな分極を達成するために、具体例では、ｘ”はｘ’より大きくても良い。好適には、ｘ＜ｘ”＞ｘ’である。もちろん、ｘ”を増加させることは、Ａｌ_ｘ”Ｇａ_ｙ”Ｉｎ_ｚ”Ｎバリア層の分極は大きくなる傾向にある。より影響は少ないが、ｙ”／ｚ”の比は、ｙ’／ｚ’の比より大きくても良い。好適には、（ｙ／ｚ）＜（ｙ”／ｚ”）＞（ｙ’／ｚ’）である。もちろん、このｙ”／ｚ”の比が大きくなると、同じｘ”におけるバンドギャップはより大きくなる。

【0072】

ｙ”を超えてｘ”を増加させることにより、バンドギャップは最も効果的に増加するため、およびｚ”を超えてｘ”を増加させること、およびｙ”を超えてｚ”を増加させることにより、分極は最も効果的に増加するため、ｘ＜ｘ”＞ｘ’は、バンドギャップの増加と分極の増加の双方のために有利である。一方、ｙ”／ｚ”の比が、チャネル材料に比較してバリア中で増加するのが良いか、減少するのが良いかは、製造中のデバイス中のバンドギャップの増加と分極の増加に対する相対的な必要性に依存する。

【0073】

幾つかの具体例では、ｘおよびｘ’は０であり、ｘ”は０より大きい。より好適な具体例では、ｘ＝ｘ’＝ｚ＝ｚ”＝０で、ｘ”は０より大きく好適には０．１５から０．３０、より好適には０．２０から０．２５である。

【0074】

具体例では、ｐドープゲート層の格子定数は、チャネル層の格子定数と一致しても良い。好適には、ｐドープゲート層の格子定数は、バリア層の格子定数と一致しても良い。好適には、ｐドープゲート層の格子定数は、チャネル層およびバリア層の格子定数と一致しても良い。他の具体例では、チャネル層中に歪を誘起するために、チャネル層の格子定数は、バリア層の格子定数と異なっても良い。

【0075】

バリア層の形成のために好適なＡｌ前駆体は、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）である。窒素前駆体およびガリウム前駆体は、例えば、先に述べたのものでも良い。

【0076】

第２の形態では、本発明は、第１の形態にかかる方法で得ることができるゲートを含むエンハンスメントモードトランジスタに関する。特に、
ａ．Ａｌ_ｘ’Ｇａ_ｙ’Ｉｎ_ｚ’Ｎチャネル層の上の、積み重なった第１部分と第２部分からなるｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層であって、ｘ＋ｙ＋ｚが１で、ｘ’＋ｙ’＋ｚ’が１であるゲート層と、
ｂ．ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第２部分の上部表面の上の金属ゲート層であって、ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第２部分とショットキバリアを形成するような金属から形成される金属ゲート層と、
を含むエンハンスメントモードトランジスタであって、
ｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第１部分は、多くて３×１０^１９原子／ｃｍ^３の平均Ｍｇ濃度を有し、第１部分の上にあり金属ゲート層と物理的にコンタクトするｐドープＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮゲート層の第２部分は、３×１０^１９原子／ｃｍ^３より高い平均Ｍｇ濃度を有し、上部表面は６×１０^１９原子／ｃｍ^３より高いＭｇ濃度を有する。

【0077】

第２の形態のいくつかの特徴は、第１の形態の特徴に対応して記載されたものと同じである。

【0078】

図２は、従来から知られたｐ－ＧａＮゲートの３００Ｋにおける、正孔濃度とＭｇ濃度との関係を示すグラフである。実験による点は白丸である。それらは破線により結ばれている。理論的な線が、実験結果に挿入されている。図からわかるように、所定のＭｇ濃度より上で、正孔濃度が低下し始める。これが、ｐ－ＧａＮゲート層の第２部分の正孔濃度を低減するために、本発明の具体例で使用される効果である。

【0079】

図３は、従来技術で得られる典型的なＭｇ濃度分布（下）と、本発明の具体例にかかる方法で得られるエンハンスメントモードＧａＮトランジスタ中の典型的なＭｇ濃度分布（上）との模式図である。図から分かるように、本発明は、直観に反した方法で、ｐ－ＧａＮゲート層の表面近傍において、従来技術よりずっと高いＭｇ濃度を目指す。破線は、ｐ－ＧａＮゲート層の第１部分と第２部分とを分ける。この分離の正確な位置は重要ではない。問題は、第２部分の上部表面が、６×１０^１９原子／ｃｍ^３より高いＭｇ濃度を有し（それゆえに、第２部分は深さ０を含む）、その平均濃度は、３×１０^１９原子／ｃｍ^３より高く、第１部分（２ａ）は、多くて３×１０^１９原子／ｃｍ^３の平均Ｍｇ濃度と少なくとも３ｎｍの膜厚を有することである。

【0080】

例１：２つの連続するＣｐ２Ｍｇ流によるｐ－ＧａＮ層の連続成長を含むエンハンスメントモードＧａＮトランジスタのゲートの製造方法

【0081】

ここでは図１を参照する。製造中のエンハンスメントモードＧａＮトランジスタは、化学気相堆積チャンバ中に供給された。トランジスタは、ＧａＮチャネル層（４）およびその上のＡｌＧａＮバリア層（３）を含む。続いてｐ－ＧａＮ層（２）を、以下のようにＡｌＧａＮバリア層（３）の上にエピタキシャル成長させた。チャンバは、圧力２００ｔｏｒｒ、温度１０１０℃に設定された。６４ｓｌｍ（standard liter per minute）のＮ_２および１２０ｓｌｍのＨ_２が、雰囲気ガスとしてチャンバ中に流された。続いて、１９２秒の間、５０ｓｌｍのＮＨ_３、９２ｓｃｃｍ（standard cubic centimeters per minute）のトリエチルガリウム（ＴＭＧａ）、および５００ｓｃｃｍのビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）が、Ｎ_２ガスおよびＨ_２ガスに加えて、チャンバに流され、４０ｎｍ膜厚のＭｇドープＧａＮ層（２ａ）が形成された。この第１ｐ－ＧａＮ層（２ａ）は、比較的低いＭｇ濃度を有する。続いて、中断することなく、Ｃｐ２Ｍｇの流量が、第２の期間である３８４秒間、７５０ｓｃｃｍに上げられ、一方でＮＨ_３はその流量が維持され、ＴＭＧａの流量は４６ｓｃｃｍまで減らされ、これにより、第１のｐ－ＧａＮ層（２ａ）の上に、第２の４０ｎｍ膜厚のＭｇドープＧａＮ層（２ｂ）がエピタキシャル成長された。この第２ｐ－ＧａＮ層（２ｂ）は、ｐ－ＧａＮ層中の正孔濃度を減少させる程度に高いＭｇ濃度を有する。続いてＴｉＮ層（１）がｐ－ＧａＮ層（２ｂ）の上に堆積させ、これにより第２ｐ－ＧａＮ層（２ｂ）とショットキバリアを形成した。また、最も高いＭｇ濃度が存在する第２ｐ－ＧａＮ層（２ｂ）の上部表面（５）が、図１に見られる。

【0082】

例２：第１ｐ－Ｇａ成長工程、Ｃｐ２Ｍｇ流のみが存在する中断、および第２ｐ－ＧａＮ成長工程を含むｐ－ＧａＮ層の不連続成長を含むエンハンスメントモードＧａＮトランジスタのゲートの製造方法

【0083】

この例は、本発明の具体例にかかるゲートを形成するための代わりの方法を提供する。図１を参照する。作製中のエンハンスメントモードＧａＮトランジスタがチャンバ中に提供された。これは、ＧａＮチャネル層（４）およびその上のＡｌＧａＮバリア層（３）を含む。続いてｐ－ＧａＮ層（２）を、以下のようにＡｌＧａＮバリア層（３）の上にエピタキシャル成長させた。チャンバは、圧力２００ｔｏｒｒ、温度１０１０℃に設定された。６４ｓｌｍ（standard liter per minute）のＮ_２および１２０ｓｌｍのＨ_２が、雰囲気ガスとしてチャンバ中に流された。続いて、１９２秒の間、５０ｓｌｍのＮＨ_３、９２ｓｃｃｍのＴＭＧａ、および５００ｓｃｃｍのＣｐ２Ｍｇが、Ｎ_２ガスおよびＨ_２ガスに加えて、チャンバに流され、４０ｎｍ膜厚のＭｇドープＧａＮ層（２ａ）が形成された。この第１ｐ－ＧａＮ層（２ａ）は、比較的低いＭｇ濃度を有した。続いて、ＮＨ_３およびＴＭＧａの流れが１０秒間中断され、その間にＣｐ２Ｍｇの流量が７５０ｓｃｃｍまで増やされた、次に、３８４秒間の第２ｐ－ＧａＮ層の成長が、７５０ｓｃｃｍのＣｐ２Ｍｇの流量を維持しつつ、５０ｓｍｌのＮＨ_３の流量および４６ｓｌｍのＴＭＧａの流量を再開することで行われ、これにより、第１ｐ－ＧａＮ層（２ａ）の上にエピタキシャル成長させた、４０ｎｍ膜厚の第２ｐ－ＧａＮ層（２ｂ）が形成された。この第２ｐ－ＧａＮ層（２ｂ）は、ｐ－ＧａＮ層（２）中の正孔濃度を減少させる程度に高いＭｇ濃度を有する。続いてＴｉＮ層（１）がｐ－ＧａＮ層の上に堆積させ、これにより第２ｐ－ＧａＮ層とショットキバリアを形成した。

【0084】

好適な具体例、特定の構造および構成は、材料とともに、本発明にかかるデバイスについてここで検討したが、形状や細部における様々な変化または変形は、本発明の範囲から離れることなく行える。例えば、上述の処方は、使用して良い手続の単なる例示である。本発明の範囲内において、記載された方法に、工程が加えられても、削除されても良い。

【図1】

【図2】

【図3】