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特表2024-511559電子部品、電子部品の制御方法、及び電子部品の製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-03-14
(54)【発明の名称】電子部品、電子部品の制御方法、及び電子部品の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/338 20060101AFI20240307BHJP
【ＦＩ】
H01L29/80 H
【審査請求】有
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2023551266
(86)(22)【出願日】2022-02-22
(85)【翻訳文提出日】2023-10-17
(86)【国際出願番号】 EP2022054315
(87)【国際公開番号】W WO2022180002
(87)【国際公開日】2022-09-01
(31)【優先権主張番号】102021201789.4
(32)【優先日】2021-02-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】500341779
【氏名又は名称】フラウンホーファー－ゲゼルシャフト・ツール・フェルデルング・デル・アンゲヴァンテン・フォルシュング・アインゲトラーゲネル・フェライン
(74)【代理人】
【識別番号】100134119
【弁理士】
【氏名又は名称】奥町 哲行
(72)【発明者】
【氏名】フィヒトナー・ジモン
(72)【発明者】
【氏名】ロフィンク・ファビアン
(72)【発明者】
【氏名】ワグナー・ベルンハルト
(72)【発明者】
【氏名】カペルス・ホルガー
【テーマコード（参考）】
5F102
【Ｆターム（参考）】
5F102GB01
5F102GC01
5F102GD10
5F102GL04
5F102GQ01
(57)【要約】
電子部品は、第１の層及び第２の層を備え、第１の層の主面は、第２の層の主面に対向して配置される。第１の層は、分極された第１の材料を含む。第１の材料の分極は、第１の方向を向く。第２の層は、少なくとも１つの分極状態を有する分極された第２の材料を含み、電荷ゾーンが第１の層及び／又は第２の層の主面に沿って形成されるように、少なくとも第２の材料の１つの分極状態における第２の材料の分極の方向は、第１の方向と少なくとも部分的に反対であり、電荷ゾーンは、少なくとも第２の材料が１つの分極状態であるときに導電性である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の層（１１０）及び第２の層（１２０）を備える電子部品（１００、３００、５００）であって、前記第１の層（１１０）の主面（１１２）が、前記第２の層（１２０）の主面（１２２）に対向して配置されており、前記第１の層（１１０）が分極された第１の材料（１１１）を含み、前記第１の材料の分極（１１５）が第１の方向を向き、
前記第２の層（１２０）が、少なくとも１つの分極状態を含む分極された第２の材料（１２１）を含み、少なくとも前記第２の材料（１２１）の前記１つの分極状態における前記第２の材料（１２１）の分極（１２５）の方向が、前記第１の方向と少なくとも部分的に反対であり、電荷ゾーン（１８０）が、前記第１の層及び／又は前記第２の層の前記主面（１１２、１２２）に沿って形成され、前記電荷ゾーンが、少なくとも前記第２の材料（１２１）が前記１つの分極状態であるときに導電性である、電子部品（１００、３００、５００）。
【請求項2】
前記第１の材料（１１１）がウルツ鉱型結晶構造を有し、前記第２の材料（１２１）がウルツ鉱型結晶構造を有する、請求項１に記載の電子部品（１００、３００、５００）。
【請求項3】
第１の層（１１０）及び第２の層（１２０）を備える電子部品（２００、３００、５００）であって、前記第１の層（１１０）の主面（１１２）が、前記第２の層（１２０）の主面（１２２）に対向して配置され、前記第１の層（１１０）がウルツ鉱型結晶構造を有する第１の材料（１１１）を含み、前記第１の材料の分極（１１５）が第１の方向を向き、
前記第２の層（１２０）がウルツ鉱型結晶構造を有する第２の材料（１２１）を含み、前記第２の材料（１２１）が強誘電性であり、少なくとも１つの分極状態を有し、前記第２の材料（１２１）の分極（１２５）の方向が、少なくとも前記第２の材料（１２１）の前記１つの分極状態において、前記第１の方向と少なくとも部分的に反対であり、
前記第２の材料（１２１）が遷移金属を含む、電子部品（２００、３００、５００）。
【請求項4】
前記第１の層（１１０）及び／又は前記第２の層（１２０）の前記主面（１１２、１２２）に沿った電荷ゾーン（１８０）の電荷担体密度が、１０１２ｃｍ－２超、若しくは１０１３ｃｍ－２超、若しくは６×１０１３ｃｍ－２超であるか、又は
１０１３ｃｍ－２～８００×１０１３ｃｍ－２の範囲、若しくは６×１０１３ｃｍ－２～８００×１０１３ｃｍ－２の範囲、若しくは１０×１０１３ｃｍ－２～８００×１０１３ｃｍ－２の範囲であり、
前記第２の材料（１２１）が前記１つの分極状態にある、請求項１～３のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項5】
第１の材料（１１１）が、少なくとも１つのＩＩＩ族元素を含む窒素化合物であり、及び／又は前記第２の材料（１２１）が、少なくとも１つのＩＩＩ族元素を含む窒素化合物である、請求項１～４のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項6】
前記第２の材料（１２１）が、１つ以上のＩＩＩ族元素を含み、遷移金属を更に含む窒素化合物である、請求項１～５のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項7】
前記第２の材料（１２１）の窒素化合物中の前記遷移金属の化学量論比率が、前記窒素化合物中の前記１つ以上のＩＩＩ族元素と前記遷移金属の総化学量論比率の１０％～５０％である、請求項６に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項8】
前記第１の材料（１１１）が、ＧａＮ、ＧａＳｃＮ、ＡｌＳｃＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＳｃＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＳｃＮのうちの１つである、及び／又は前記第２の材料（１２１）が、ＡｌｓｃＮ、ＡｌＧａＳｃＮ、ＧａＳｃＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＭｇＮｂＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＳｃＮのうちの１つである、請求項１～７のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項9】
前記第２の材料（１２１）／前記第１の材料（１１１）の組合せが、ＡｌＳｃＮ／ＧａＮ、ＡｌＳｃＮ／ＧａＳｃＮ、ＡｌＧａＳｃＮ／ＧａＮ、ＧａＳｃＮ／ＡｌＳｃＮ、ＧａＳｃＮ／ＡｌＮ、ＡｌＳｃＮ／ＩｎＧａＮ、ＡｌＳｃＮ／ＩｎＧａＳｃＮ、ＡｌＭｇＮｂＮ／ＧａＮのうちの１つである、請求項１～８のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項10】
前記第２の材料（１２１）が、前記第２の材料（１２１）の前記分極（１２５）の前記方向を変更できるように強誘電性であり、前記第２の材料（１２１）ｉの前記１つの分極状態が第１の分極状態であり、前記第２の材料（１２１）の第２の分極状態における前記第２の材料（１２１）の前記分極の前記方向が、前記第１の方向に少なくとも部分的に整合される、請求項１～９のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項11】
前記第１の層（１１０）及び／又は前記第２の層（１２０）の前記主面（１１２、１２２）に沿った電荷ゾーン（１８０）の電荷担体密度が、前記第２の材料（１２１）が前記第２の分極状態であるときよりも前記第２の材料（１２１）が前記第１の分極状態であるときにより高くなる、請求項１０に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項12】
前記第１の層（１１０）と前記第２の層（１２０）との間に配置され、ウルツ鉱型結晶構造を有する第３の層（３３０）を更に備える、請求項２～１１のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項13】
前記第２の層（１２０）が、５０ｎｍ未満の厚さを有する、請求項１～１２のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項14】
ソース接点（３７２）及びドレイン接点（３７４）を更に備え、前記電荷ゾーン（１８０）が、前記ソース接点（３７２）と前記ドレイン接点（３７４）との間に直列で配置されている、請求項１～１３のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項15】
ゲート電極（３７０）を更に備え、前記第２の層（１２０）が、前記第１の層（１１０）と前記ゲート電極（３７０）との間に配置されている、請求項１～１４のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項16】
前記ゲート電極（３７０）が、領域においてのみ前記第２の層（１２０）に対向して配置されている、請求項１５に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項17】
前記ゲート電極（３７０）と前記第２の層（１２０）との間に配置されている電気絶縁層（４７８）を更に備える、請求項１５又は請求項１６に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項18】
前記第２の材料（１２１）の前記分極の前記方向を変更できるように、前記第２の材料（１２１）が強誘電性であり、前記第２の材料（１２１）の前記１つの分極状態は第１の分極状態であり、前記第２の材料（１２１）の第２の分極状態における前記第２の材料（１２１）の前記分極の前記方向が、前記第１の方向に少なくとも部分的に整合され、前記ゲート電極（３７０）が、少なくとも前記ゲート電極（３７０）に対向する前記第２の層（１２０）の領域（３２４）において、第１の極性を有する第１の電圧を前記ゲート電極に印加することによって前記第２の材料（１２１）を前記第１の分極状態に設定し、少なくとも前記ゲート電極に対向する前記第２の層（１２０）の前記領域（３２４）において、第２の極性を有する第２の電圧を前記ゲート電極（３７０）に印加することによって前記第２の材料（１２１）を前記第２の分極状態に設定するように構成されている、請求項１５～１７のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項19】
前記第２の材料（１２１）が、電圧が前記ゲート電極（３７０）に印加されていない前記電子部品の状態において、直近に設定された分極状態を維持するように構成されている、請求項１８に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項20】
前記第１の材料の前記分極の前記方向が、前記第２の極性が負極性になるように配向されている、請求項１８又は請求項１９に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項21】
前記第２の層の前記第２の材料が、少なくとも領域において、前記１つの分極状態にある、請求項１～２０のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項22】
前記第２の材料（１２１）が、前記第２の材料（１２１）の前記分極の前記方向を変更できるように強誘電性であり、前記第２の材料（１２１）の前記１つの分極状態が第１の分極状態であり、前記第２の材料（１２１）の第２の分極状態における前記第２の材料（１２１）の前記分極の前記方向が、前記第１の方向に少なくとも部分的に整合され、前記電子部品が、少なくとも領域において、前記第２の層の前記第２の材料（１２１）を前記第１の分極状態に設定するように構成されている、請求項１～２１のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項23】
請求項１～２２のいずれか一項に記載の電子部品の制御方法であって、前記第２の層（１２０）の少なくとも１つの領域において、前記第２の材料（１２１）を前記１つの分極状態に設定する工程を含む、方法。
【請求項24】
前記第２の材料（１２１）が、前記第２の材料（１２１）の前記分極の前記方向を変更できるように強誘電性であり、前記第２の材料（１２１）の前記１つの分極状態が第１の分極状態であり、前記第２の材料（１２１）の第２の分極状態における前記第２の材料（１２１）の前記分極の前記方向が、前記第１の方向に少なくとも部分的に整合され、前記電子部品がゲート電極（３７０）を更に備え、前記第２の層（１２０）が、前記第１の層（１１０）と前記ゲート電極（３７０）との間に配置され、前記第２の材料を前記第１の分極状態に設定する前記工程が、
少なくとも前記ゲート電極（３７０）に対向する前記第２の層（１２０）の領域（３２４）において、前記第２の材料（１２１）を前記第１の分極状態に設定するために、第１の極性を有する第１の電圧を前記ゲート電極に印加する工程を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項25】
電子部品の製造方法（６０、７０）であって、第１の層（１１０）及び第２の層（１２０）を配置する工程（６１）を含み、
前記第２の層（１２０）の主面（１２２）が、前記第１の層（１１０）の主面（１１２）に対向して配置され、
前記第１の層（１１０）が第１の材料（１１１）を含み、前記第２の層（１２０）が第２の材料（１２１）を含み、前記第２の材料（１２１）が少なくとも１つの分極状態を有し、
前記第１の材料（１１１）の分極が、第１の方向を向き、
電荷ゾーン（１８０）が前記第１の層（１１０）及び／又は前記第２の層（１２０）の前記主面（１１２、１２２）に沿って形成されるように、少なくとも前記第２の材料（１２１）の前記１つの分極状態における前記第２の材料（１２１）の前記分極の前記方向が、前記第１の方向と少なくとも部分的に反対であり、前記電荷ゾーンが、少なくとも前記第２の材料（１２１）が前記１つの分極状態であるときに導電性である、方法（６０、７０）。
【請求項26】
前記第１の層（１１０）及び前記第２の層（１２０）を配置する工程（６１）が、前記第１の層及び前記第２の層を堆積することを含み、堆積することが、前記第１の層及び前記第２の層を堆積した後、前記第２の材料（１２１）が前記１つの分極状態であるように行われる、請求項２５に記載の方法（６０）。
【請求項27】
前記第２の材料（１２１）が、前記第２の材料（１２１）の分極の前記方向を変更できるように強誘電性であり、前記第２の材料（１２１）の前記１つの分極状態が第１の分極状態であり、前記第２の材料（１２１）の第２の分極状態における前記第２の材料（１２１）の前記分極の前記方向が、前記第１の方向に少なくとも部分的に整合され、前記方法が、少なくとも領域において、前記第２の材料（１２１）を前記第１の分極状態に設定するために、前記第１の層又は前記第２の層の前記主面（１１２、１２２）に少なくとも部分的に垂直である方向に、前記第２の材料（１２１）に電界を印加する工程（７３）を更に含む、請求項２５に記載の方法（７０）。
【請求項28】
ゲート電極を配置する工程（７２）であって、少なくとも領域において、前記第２の層（１２０）が前記第１の層と前記ゲート電極との間に配置される、工程（７２）を更に含み、前記第２の材料（１２１）に前記電界を印加する前記工程（７３）が、電圧を前記ゲート電極に印加することによって実行される、請求項２７に記載の方法（７０）。
【請求項29】
前記第２の材料が、少なくとも領域において、前記第１の分極状態に設定された後、前記ゲート電極を少なくとも部分的に除去する工程（７４）を更に含む、請求項２８に記載の方法（７０）。
【請求項30】
前記ゲート電極を除去する工程（７４）が、部分的にのみ行われ、前記電圧が第１の電圧であり、前記方法が、少なくとも領域において、前記第２の材料（１２１）を前記第２の分極状態に設定するために、前記ゲート電極の前記部分的除去後、第２の電圧を前記ゲート電極に印加する工程（７５）を更に含む、請求項２９に記載の方法（７０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、電子部品、例えば、半導体構造に関する。いくつかの実施形態は、半導体ヘテロ構造に関する。更なる実施形態は、電子部品の製造方法、例えば、半導体構造の製造方法に関する。更なる実施形態は、電子部品の制御方法に関する。
【0002】
いくつかの実施例は、導電率が改善された半導体デバイスに関する。
いくつかの実施例は、例えば、コンバータ又は電力増幅器で使用するための高電子移動度トランジスタ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＨＥＭＴ）に関する。
いくつかの実施例は、例えば、コンバータ又は電力増幅器で使用するための高電子移動度トランジスタ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＨＥＭＴ）に関する。
【背景技術】
【0003】
効率と電力密度の向上は、ＤＣ／ＤＣ、ＤＣ／ＡＣ、及びＡＣ／ＤＣ用途のコンバータの開発にとって必須の推進要因の１つである。具体的には、サーバファームの分野では、必要な冷却能力は、ＰＣＢレベルでの供給電圧の変換損失に直接依存する。自動車分野では、パワーエレクトロニクス部品のモータ統合は、放熱及び長期信頼性の需要増と共に電力密度を増加させる。したがって、近年、広バンドギャップ半導体、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）又はＧａＮ、ＡｌＮ、及びＩｎＮなどのＩＩＩ族窒化物（ＩＩＩ－Ｎ）、並びにその第三級化合物に基づく部品が普及しつつある。これらの半導体部品は、電子の単極導電性を利用することにより、両極部品と比較して切換損失を大幅に低減させ、オン状態損失よりもバックグラウンドに減衰させることができる。したがって、将来の部品のロードマップは、現時点では、部品の最小の利用可能な面積固有抵抗によって実質上決定される。６００Ｖ辺りの阻止電圧領域では、現時点では、ＧａＮ ＨＥＭＴトランジスタに基づき、１ｍＯｈｍ＊ｃｍ２未満の面積固有順抵抗が達成される。
【0004】
広バンドギャップ半導体部品の超高電荷担体密度は、極性ＩＩＩ族窒化物の境界面に二次元電子ガス（２ＤＥＧ）を形成することによって達成される［１］。２ＤＥＧの形成の原因は、２つの材料の分極の不連続性である。次いで、分極は、使用される材料の結晶構造に起因し、自発分極及び圧電分極を含む。いくつかの材料、例えば、ウルツ鉱型構造を有する材料の大きさ及び符号に関する研究［３］～［６］が存在する。従来のアプローチによって生成される２ＤＥＧの電荷密度は、６×１０１３／ｃｍ２の電子密度に相当する最大１０μＣ／ｃｍ２程度の大きさの値を達成する［２］。
【発明の概要】
【0005】
最初に述べた目的を考慮して、高い導電率を有する電子部品が望ましいであろう。
発明者らは、ヘテロ層構造の第１の層及び第２の層が、第１の層の極性の第１の材料の分極が第２の層の極性の第２の材料の分極と少なくとも部分的に反対になるように形成される場合、電子部品のヘテロ層構造においてヘテロ層構造の境界面に沿って特に高い導電率を有する電荷ゾーンが形成され得ることを見出した。
発明者らは、ヘテロ層構造の第１の層及び第２の層が、第１の層の極性の第１の材料の分極が第２の層の極性の第２の材料の分極と少なくとも部分的に反対になるように形成される場合、電子部品のヘテロ層構造においてヘテロ層構造の境界面に沿って特に高い導電率を有する電荷ゾーンが形成され得ることを見出した。
【0006】
本発明の一実施形態は、例えば、半導体ヘテロ構造、例えば、ヘテロ層構造を有する電子部品を提供する。電子部品は、第１の層及び第２の層を含む。第１の層の主面、例えば、主面領域は、第２の層の主面、例えば、主面領域に対向して配置される。第１の層は分極された第１の材料を含み、第２の層は分極された第２の材料を含み、第２の材料は、第１の材料と区別することができ、例えば、第１の材料のバンドギャップとは異なるバンドギャップを有する。分極された材料は、例えば、電気的に分極された材料、例えば、極性結晶構造を有する材料を意味すると理解される。分極された材料の例は、強誘電性材料を含む焦電材料を含む。第１の材料の分極は、第１の方向を向く。第２の材料は、少なくとも１つの分極状態、すなわち、分極された状態を有し、すなわち、第２の材料は、例えば、第２の材料の分極の方向によって特徴付けられる少なくとも１つの分極された状態であることができる。１つの分極状態は、単独の状態（例えば、第２の材料の永久的な状態）であってもよく、又は第２の材料の複数の分極状態のうちの１つであってもよい。例えば、複数の可能な分極状態のうちの第１の分極状態に対応する、少なくとも第２の材料の１つの第２の分極状態方向では、第２の材料の分極の方向は、第１の方向と少なくとも部分的に反対であるか、又は第１の方向に少なくとも部分的に逆平行である。第２の層は、少なくとも分極状態において、少なくとも第２の材料が分極状態であるときに導電性である電荷ゾーンが、第１の層及び／又は第２の層の主面に沿って形成されるように構成される。電荷ゾーンは、例えば、第１の層に、第２の層に、又は第１の層と第２の層との間に位置することができる、例えば、２ＤＥＧなどの二次元空乏領域である。
【0007】
第１の材料と第２の材料は両方とも分極されるため、電荷ゾーンは第１及び／又は第２の層の主面に沿って形成することができ、当該電荷ゾーンは、実施例では数ナノメートルまで主面に垂直な方向に制限される。２ＤＥＧとも称される、一次元に制限されるこのような電荷ゾーンでは、電荷担体の可動性も非常に高くすることができ、その結果、高い導電率が達成される。第１又は第２の層の主面に垂直な方向の電荷ゾーンの小寸法のため、電荷ゾーンにおける電荷担体密度は、例えば、電界から非常に効率的に影響され得る。このことは、比率較的小さい電界で超高電流を切り換えることができる、例えば、コンバータ用のトランジスタを実装する可能性を提供する。
【0008】
２ＤＥＧを生成するため、従来の層は、両方の層の分極が同一の方向を向くように堆積されている。理論的な計算上、これはこれらの構造にとって最適な構成であり、更には、分極が反対方向を向く構造よりも製造し易いと仮定することが可能であった［１］。しかしながら、発明者らは、２つの層内の２つの材料の分極が反対である場合に、より高い電荷担体密度を達成できることを見出した。本発明の実施例では、従来技術と比較して２５倍増加した電荷担体密度を、電荷ゾーンにおいて生成することができる。その結果、例えば、このようなヘテロ構造に基づくＨＥＭＴの電力損失を大幅に低減することができる。
【0009】
発明者らは、複数の分極された材料の場合に達成され得、その効果の大きさは、使用される材料の分極の大きさに依存し得ることを見出した。言い換えれば、２つの層の分極が反対に配向される２つの構造の状態が生成される限り、極性材料、例えば、ウルツ鉱型構造を有する材料を含む２つの層の全てのヘテロ構造にとって、電荷担体密度の増加の効果を期待することができる。この状態は、実施例では、好適な堆積プロセスによって達成することができる。更なる実施例では、この状態は、２つの層の一方の分極が反転される、又は分極の当該層の分極が、電界の印加によってこれらの層の他の層と少なくとも部分的に反対となるように少なくとも変更されるために達成することができる。
【0010】
実施形態では、第１の材料はウルツ鉱型結晶構造を有し、第２の材料はウルツ鉱型結晶構造を有する。ウルツ鉱型結晶構造を有する材料は、極性であり、第１の層と第２の層との間の分極の不連続性を生成するのに特に適しており、その結果、高い電荷担体密度を有する二次元電子ガスの生成を達成することができる。更に、これらの材料は高バンドギャップを有する傾向があり、その結果、パワーエレクトロニクス部品に特に適する。第１の材料と第２の材料の両方がウルツ鉱型結晶構造を有するため、第１及び第２の層を含む層構造は、導電率にプラスの影響を及ぼす、欠陥の特に少ない方法で製造することができる。
【0011】
実施形態では、電荷ゾーンにおける電荷担体密度は、第１の材料が１つの分極状態にあるとき、１０１２ｃｍ－２超、又は１０１３ｃｍ－２超、又は６×１０１３ｃｍ－２である。
【0012】
本発明の更なる実施形態は、例えば、半導体ヘテロ構造、例えば、ヘテロ層構造を有する電子部品を提供する。電子部品は、第１の層及び第２の層を備える。第１の層の主面、例えば、主面領域は、第２の層の主面、例えば、主面領域に対向して配置される。第１の層は、ウルツ鉱型結晶構造を有する第１の材料を含む。第１の材料の分極は、第１の方向を向く。例えば、第１の方向は、第１及び／又は第２の層の主面に垂直である。第２の層は、ウルツ鉱型結晶構造を有する第２の材料を含む。例えば、第２の材料は第１の材料とは異なり、例えば、第２の材料は、第１の材料のバンドギャップと異なるバンドギャップを有する。第２の材料は、強誘電性である。第２の材料の分極の方向は、少なくとも１つの分極状態、例えば、所定の分極状態などの複数の可能な分極状態のうちの第１の分極状態では、第１の方向と少なくとも部分的に反対である。実施例では、第２の材料は、例えば、電界によって分極状態である、又は分極状態に設定することができる。第２の材料は、遷移金属を含む。例えば、第２の材料は、複数の材料の化合物からなり、そのうち少なくとも１つは遷移金属である。電子部品の実施例は、上記実施形態に関連して記載される機能及び利点を有する。
【0013】
ウルツ鉱型結晶構造を有する材料は極性であるが、電荷ゾーンは、第１の層及び／又は第２の層の主面に沿って形成することができる。第２の材料に対して少なくとも部分的に反対である第１の材料の分極により、第１の層と第２の層との間の分極の不連続性が特に強く発現され、その結果、特に高い電荷担体密度をこの電荷ゾーンで生成することができる。強誘電性材料は、電界を印加することによって分極の配向を変更することができるという特性を有し、電界が印加されなくなっても分極の配向が維持される。第２の材料の分極の配向の変更は、第１の層と第２の層との間の分極の不連続性の発現に影響を及ぼす。よって、このようにして、電荷ゾーンにおける電荷担体密度を設定することができる。したがって、強誘電性材料の使用は、分極状態を設定することによって、電荷ゾーンの導電率を制御することを可能にし得る。追加的に、第２の材料の分極方向を変更できることは、電子部品の簡易な製造プロセスを可能にし、第１及び第２の層の分極方向が相互に少なくとも部分的に反対になる。例えば、第１及び第２の層は、第１及び第２の層の分極を整合させる方法によって製造することができる。このように、例えば、電界によって、第２の層の分極方向を遡及的に変更することにより、電荷ゾーンにおける高い伝導率を達成することが可能になる。
【0014】
分極方向を変更するのに必要な強誘電性材料の電界強度は、保持力とも称される。発明者らは、遷移金属を含む材料が、遷移金属を含まない対応する材料よりも低い保持力を有する傾向があることを見出した。具体的には、遷移金属を含む材料の保持力は、破壊電界強度未満であり得、それにより、これらの材料は強誘電性であり得る。例えば、遷移金属を含むＩＩＩ族窒化化合物は、対応する純粋なＩＩＩ族窒化化合物とは対照的に、強誘電性であり得る。
【0015】
上述の実施形態の有利な実施例を以下に説明する。
実施例では、第１の材料が１つの分極状態にあるとき、第１の層及び／又は第２の層に沿った電荷ゾーン、例えば、上記実施形態の電荷ゾーンにおける電荷担体密度は、１０１２ｃｍ－２超又は１０１３ｃｍ－２超又は６×１０１３ｃｍ－２超である。電荷担体密度が１０１２ｃｍ－２超である場合、電荷ゾーンは導電性である。電荷担体密度が６×１０１３ｃｍ－２超である場合、特に高い導電率、例えば、従来技術から既知な解決策における導電率よりも高い導電率を有する。
実施例では、第１の材料が１つの分極状態にあるとき、第１の層及び／又は第２の層に沿った電荷ゾーン、例えば、上記実施形態の電荷ゾーンにおける電荷担体密度は、１０１２ｃｍ－２超又は１０１３ｃｍ－２超又は６×１０１３ｃｍ－２超である。電荷担体密度が１０１２ｃｍ－２超である場合、電荷ゾーンは導電性である。電荷担体密度が６×１０１３ｃｍ－２超である場合、特に高い導電率、例えば、従来技術から既知な解決策における導電率よりも高い導電率を有する。
【0016】
実施例では、第１の材料は、少なくとも１つのＩＩＩ族元素を含む窒素化合物である。代替的に又は追加的に、本実施例では、第２の材料は、少なくとも１つのＩＩＩ族元素を含む窒素化合物である。ＩＩＩ族窒化化合物は、高バンドギャップを有する傾向がある。よって、半導体部品、例えば、ＨＥＭＴは、ＩＩＩ族窒化化合の使用により、特に低い損失で構成することができる。
【0017】
実施例では、第２の材料は、１つ以上のＩＩＩ族元素を含み、更に遷移金属を含む窒素化合物である。発明者らは、遷移金属を更に含むＩＩＩ族窒素化合物の複数の材料が強誘電性であることを見出した。よって、強誘電性材料の使用の利点は、大きなバンドギャップという利点と組み合わせることができる。
【0018】
実施例では、窒素化合物における遷移金属の化学量論比率は、第２の材料の窒素化合物中の１つ以上のＩＩＩ族元素の総化学量論比率の１０％～５０％である。発明者らは、このような比率の遷移金属が第２の材料の特に高い分極を確実にし得ることを見出した。よって、高い電荷担体密度は、電荷ゾーンにおいて第１の層及び／又は第２の層の主面に沿って達成することができる。１０％超の比率により、第２の材料が強誘電性であることを確実にすることができる。
【0019】
実施例では、第１の材料は、ＧａＮ、ＧａＳｃＮ、ＡｌＳｃＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＳｃＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＳｃＮのうちの１つである。代替的に又は追加的に、本実施例では、第２の材料は、ＡｌｓｃＮ、ＡｌＧａＳｃＮ、ＧａＳｃＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＭｇＮｂＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＳｃＮのうちの１つである。これらの材料は、高いバンドギャップと大きい分極との特に良好な組合せを提供する。
【0020】
実施例では、第２の材料と第１の材料（第２の材料／第１の材料）の組合せは、ＡｌＳｃＮ／ＧａＮ、ＡｌＳｃＮ／ＧａＳｃＮ、ＡｌＧａＳｃＮ／ＧａＮ、ＧａＳｃＮ／ＡｌＳｃＮ、ＧａＳｃＮ／ＡｌＮ、ＡｌＳｃＮ／ＩｎＧａＮ、ＡｌＳｃＮ／ＩｎＧａＳｃＮ、ＡｌＭｇＮｂＮ／ＧａＮのうちの１つである。これらの組合せは、第１の材料及び第２の材料のバンドギャップの比率、及び電荷ゾーンにおける高電荷担体密度を形成するための第１の材料と第２の材料の分極（組合せに依存し得る）のため、特に適する。更に、これらの材料組合せは、少なくとも第１及び第２の材料の分極方向が同一であるように、確立された製造方法によって確実に製造することができる。任意選択的に、第１の材料と第２の材料は、類似の格子定数を有するように選択することができる。よって、電子部品の製造プロセスは特に簡易にすることができ、電荷ゾーンにおける導電率のプラスの効果を有し得る、欠陥のほとんどない第１の材料及び第２の材料の主面を達成することができる。
【0021】
実施例では、第２の材料は、第２の材料の分極の方向を変更できるように強誘電性である。第２の材料の分極の方向が第１の方向と少なくとも部分的に反対である１つの分極状態、すなわち、上述の分極状態は、第１の分極状態である。第２の材料の第２の分極状態では、第２の材料の分極の方向が、第１の方向に少なくとも部分的に整合され、例えば、第１の方向と少なくとも部分的に平行である。「少なくとも部分的に整合され」とは、分極が、第１の方向を向く方向成分を含むことを意味すると理解されたい。第１の層及び／又は第２の層の主面に沿った電荷ゾーンにおける電荷担体密度は、第１及び第２の層の分極が少なくとも部分的に整合されるときよりも、第１及び第２の層の分極が少なくとも部分的に反対であるときにより高くなるため、第１の分極状態と第２の分極状態との間で変化させることにより、電荷ゾーンの導電率を高い値と低い値との間で変化させることができる。これにより、切換可能な電子部品の実装が可能になる。第２の材料の分極の方向を変更することができるため、電子部品は、第２の材料の分極が第１の領域内で第１の方向を向き、第２の領域内で第２の方向を向くように実装し、それにより、異なる導電率の領域を実装することができる。その結果、例えば、伝導チャネルを画定することができる。更に、本実施例は、強誘電性の第２の材料に関して上述の利点を有する。
【0022】
実施例では、第１の層及び／又は第２の層の主面に沿った電荷ゾーンにおける電荷担体密度は、第２の材料が第２の分極状態であるときよりも、第２の材料が第１の分極状態であるときにより高くなる。すなわち、例えば、第２の材料及び／又は第１の材料は、この効果が生じるように構成される。このことは、例えば、上記材料を用いて達成することができる。
【0023】
実施例では、電子部品は、第１の層と第２の層との間に配置され、ウルツ鉱型結晶構造を有する第３の層を更に備える。第３の層は、第３の層が、例えば、第１の層又は第１の層の主面において第２の層から離間するように電荷ゾーンの位置を変更することができる（電荷ゾーンはまた第３の層に延在することができる）。第１の層は、実施例では、エピタキシャルに生成されているため、ほとんど欠陥を生じ得ない。いくつかの実施例では、第１の層と第２の層が直接隣接する配置と比べて、第１の層と第２の層との間の第３の層は、第１の層及び／又は第２の層の主面における表面欠陥の数を低減することができる。それにより、より高い導電率が達成される。更に、第２の層は、第１の層と第２の層の格子定数の差を補償することができる。実施例では、第１の層及び／又は第２の層の分極を増加させることができる。
【0024】
実施例では、第２の層は、５０ｎｍ未満、又は３０ｎｍ未満、又は１０ｎｍ未満の厚さを有する。５０ｎｍ未満の層厚は、中程度の強度の電界を用いて、第１の分極状態と第２の分極状態との間の変化を達成することができる。更に、５０ｎｍ未満の層厚は、第２の層の主面に対向する第２の層の更なる主面上に配置される接点、例えば、ソース及びドレインを用いて電荷ゾーンに接触することを可能にする。その結果、簡易な接触の実行が可能である。５０ｎｍ未満の層厚は更に、第２の層の更なる主面に対向するゲート電極の比較的低いゲート電圧で、電荷ゾーンにおける電荷担体密度を制御することを可能にする。
【0025】
実施例では、電子部品は、ソース接点及びドレイン接点を更に備え、電荷ゾーンは、ソース接点とドレイン接点との間で直列に、すなわち、例えば電気的に直列に配置される。これにより、電荷ゾーンを伝導チャネルとして使用することが可能になる。
【0026】
実施例では、電子部品は、ゲート電極を更に備える。ゲート電極は、第２の層が第１の層とゲート電極との間に配置されるように配置される。ゲート電極に電圧を印加することにより、電荷ゾーンの電荷担体密度、したがって、導電率を制御することが可能になる。
【0027】
実施例では、ゲート電極は、領域、例えば、ゲート電極の横方向範囲に関する領域においてのみ、第２の層に対向して配置される。この場合、横方向は、第２の層に沿った、例えば、第２の層に平行な方向を意味すると理解することができる。これにより、領域において又は局所的に異なる、電荷ゾーンにおける電荷担体密度を達成することができる。
【0028】
実施例では、電子部品は、ゲート電極と第２の層との間に配置される電気絶縁層を更に備える。よって、ゲート電極から第２の層への電荷担体の進入を防止することができ、その結果、ゲート電極と電荷ゾーンとの間の漏れ電流を防止することができる。追加的に又は代替的に、第２の層の酸化は、当該層によって防止することができる。
【0029】
実施例では、第２の材料は強誘電性であり、それにより、第２の材料の分極の方向を変更することができ、第２の材料の１つの分極状態は第１の分極状態である。第２の材料の第２の分極状態では、第２の材料の分極の方向は、第１の方向に少なくとも部分的に整合される。ゲート電極は、少なくともゲート電極に対向する第２の層の領域において、第１の極性の第１の電圧をゲート電極に印加することによって、第２の材料を第１の分極状態に設定するように構成される。更に、ゲート電極は、少なくともゲート電極に対向する第２の層の領域において、第２の極性を有する第２の電圧をゲート電極に印加することによって、第２の材料を第２の分極状態に設定するように構成される。「設定する」とは、例えば、分極状態の設定後、設定された分極状態、例えば、電圧がゲート電極にもはや印加されない場合には第１又は第２の分極状態が維持されることを意味すると理解することができる。ゲート電極への電圧の印加は、例えば、ゲート電極と第１の層との間に電圧を印加するか、又は例えば、ソース接点又はドレイン接点を介して、ゲート電極と電荷ゾーンとの間に電圧を印加することによって行うことができる。よって、ゲート電極は、第２の材料の分極状態を変化させ、ひいては、ゲート電極に対向する電荷ゾーンの領域における電荷担体密度を設定することができる。例えば、ソース接点とドレイン接点との間の伝導チャネルの導電率は、ゲート電極によって設定することができる。
【0030】
実施例では、第２の材料は、電圧がゲート電極に印加されていない電子部品の状態では、直近に設定された分極状態、例えば、第１の分極状態又は第２の分極状態を維持する、すなわち、例えば、少なくとも実質上維持するように構成される。「分極状態を維持すること」は、例えば、第１の方向と少なくとも部分的に反対である分極方向が、第１の方向と少なくとも部分的に反対なままであり、第１の方向に少なくとも部分的に整合される分極方向が、少なくとも部分的に整合されたままであることを意味する。これはまた、強誘電性である第２の材料を用いて達成することができる。ゲート電圧を印加せずに分極状態を維持することは、エネルギー効率の良い動作を可能にし、例えば、漏れ電流が防止される。
【0031】
実施例では、第１の材料の分極の方向は、第２の電圧の第２の極性が負極性になるように配向される。よって、第２の極性の電圧の印加は、電荷ゾーンにおける電子密度の低減につながる電界効果をもたらすことができる。
【0032】
本発明の更なる実施形態は、第２の層（１２０）の少なくとも１つの領域において、第２の材料（１２１）を１つの分極状態に設定することを含む、電子部品の制御方法を提供する。その結果、電荷ゾーンにおける高導電率は、電子部品に関して上述したように実現することができる。具体的には、このことは、製造後、第１及び第２の材料の分極が整合されるという利点を提供する。
【0033】
本発明の更なる実施形態は、電子部品、例えば、先行する実施形態のいずれか１つによる構成要素の製造方法を提供する。本方法は、第２の層の主面が第１の層の主面に対向して配置されるように、第１の層及び第２の層を配置することを含む。第１の層は第１の材料を備え、第２の層は第２の材料を備える。第２の材料は、少なくとも１つの分極状態を有する。配置は、第１の材料の分極が第１の方向を向くように実行される。配置は更に、少なくとも１つの分極状態、例えば、第２の材料の所定の分極状態における第２の材料の分極の方向が、第１の方向と少なくとも部分的に反対であり、電荷ゾーンが第１の層及び／又は第２の層の主面に沿って形成されるように行われ、当該電荷ゾーンは、少なくとも第２の材料が分極状態であるときに導電性である。
【0034】
実施例では、第１の層及び第２の層の配置は、第１の層及び第２の層の配置後に第２の材料が１つの分極状態であるように実行される。
【0035】
実施例では、第２の材料は強誘電性であり、それにより、第２の材料の分極の方向を変更することができ、第２の材料の１つの分極状態は第１の分極状態である。第２の材料の第２の分極状態では、第２の材料の分極の方向は、第１の方向に少なくとも部分的に整合される。更に、本方法は、少なくとも領域において、第２の材料を第１の分極状態に設定するため、第１又は第２の層の主面に少なくとも部分的に垂直である方向に、電界を第２の材料に印加する工程を含む。本実施例は、第１の層及び第２の層を配置するために既知の方法を使用することができるという利点を提供し、この方法は実行し易く、この方法によって、第１及び第２の層の主面が少数の表面欠陥を有するように第１の層及び第２の層を配置することができる。
【0036】
実施例では、本方法は、少なくとも領域において、第２の層が第１の層とゲート電極との間に配置されるようにゲート電極を配置することを更に含む。更に、第２の材料への電界の印加は、電圧をゲート電極に印加することによって実行される。
【0037】
実施例では、本方法は、少なくとも領域において、第２の材料が第１の分極状態に設定された後、ゲート電極を少なくとも部分的に除去することを更に含む。ゲート電極を少なくとも部分的に除去することで、ゲート電極の残りの部分に対向する領域において第２の材料の分極状態を設定するために、電圧を印加するためのゲート電極を使用することができる一方、ゲート電極の除去部分に対向する第２の材料の領域は、第１の分極状態のままである。よって、電荷ゾーンにおける電荷担体密度を領域内で設定することができる。更に、ソース接点及びドレイン接点から電気的に絶縁されるようにゲート電極を配置することを確実にすることができる。同様に、ゲート電極の低容量を達成することができる。
【0038】
実施例では、ゲート電極は部分的にのみ除去され、第１の分極状態を設定する電圧は第１の電圧である。更に、本方法は、少なくとも領域において、例えば、ゲート電極の部分的除去後に残るゲート電極の部分に対向する領域において、第２の材料を第２の分極状態に設定するため、ゲート電極の部分的除去後、第２の電圧をゲート電極に印加することを含む。よって、電荷ゾーンにおいて局所的に異なる電荷担体密度を生成することができる。
【0039】
本開示の実施例は、添付の図面を参照して以下に記載される。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】一実施形態による電子部品の概略図である。
【図2】更なる実施形態による電子部品の概略図である。
【図3】トランジスタである電子部品の一実施形態の概略図である。
【図4】トランジスタである電子部品の一実施形態の概略図である。
【図5】一実施形態によるＨＥＭＴの概略図である。
【図6】一実施形態による電子部品の製造方法のフロー図である。
【図7】更なる実施形態による電子部品の製造方法のフロー図である。
【図8】一実施形態による電子部品の制御方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0041】
本開示の実施例を、添付図面を参照して以下に詳細に説明する。以下の説明では、本開示の実施例のより完全な説明を提供するために、いくつかの詳細を記載する。しかしながら、これらの具体的な詳細無しでも実施例を実施できることは、当業者にとって明らかである。説明される様々な実施例の特徴は、対応する組合せの特徴が相互に排他的でない、又はこのような組合せが明示的に除外されない限り、相互に組み合わせることができる。
【0042】
同一若しくは類似の要素、又は同じ機能を有する要素には、同一若しくは類似の参照符号が付されてもよく、又は同一の名称を有してもよく、同一若しくは類似の参照符号が付されているか、又は同一の名称を有する要素の繰り返しの説明は、典型的には省略されることに留意されたい。同一又は類似の参照符号を有するか、又は同一の名称を有する要素の説明は、相互に交換可能である。
【0043】
図１は、一実施形態による電子部品１００の概略図である。電子部品１００は、主面１１２を有する第１の層１１０を備える。更に、電子部品１００は、主面１２２を有する第２の層１２０を含む。第２の層１２０の主面１２０は、第１の層１１０の主面１１２に対向して配置される。実施例では、図１に例として示されるように、主面１２２は、主面１１２に隣接して配置される。他の実施例では、主面１２２は、主面１１２から離間している。第１の層１１０は、分極された第１の材料１１１を含む。図１で矢印１１５によって示される第１の材料１１１の分極１１５は、第１の方向を向く。図１では、第１の方向は、例えば、分極が第２の層１２０の方向を向くように選択される。他の実施例では、第１の材料１１１の分極１１５は、例えば、図１に示す方向の反対の別の方向に向く。第２の層は、分極された第２の材料１２１を含む。第２の材料１２１は、少なくとも１つの分極状態を有する。当該１つの分極状態の一例を図１に示す。少なくとも第２の材料１２１の１つの分極状態において、分極方向１２５とも称される第２の材料１２１の分極１２５の方向は、第１の材料１２１の分極１１５の少なくとも部分的に反対である。第１の層１１０及び第２の層１２０は、電荷ゾーン１８０が主面１１２及び／又は主面１２２に沿って形成されるように構成される。電荷ゾーン１８０は、少なくとも第２の材料１２１が１つの分極状態であるときに導電性である。
【0044】
実施例では、第２の材料１２１は１つのみの分極状態を有し、第２の材料１２１はこの状態にある。他の実施例では例えば、第２の材料が強誘電性である場合、第２の材料１２１は少なくとも１つの第１の分極状態及び１つの第２の分極状態を有し、図１に示される１つの分極状態は、第１の分極状態に相当し得る。
【0045】
図１の実施例で示されるように、分極１１５及び分極１２５は、第１の主面１１２及び／又は第２の主面１２２に垂直である。他の実施例では、分極１１５及び／又は分極１２５は、第１の主面１１２及び／又は第２の主面１２２に垂直ではない。分極１１５の方向は、例えば、第１の材料１１１の極性方向に相当し、それに応じて、分極１２５の方向は、第２の材料１２１の極性方向に相当し得る。有利なことに、第１の材料１１１は、以下で分極方向１１５とも称される分極１１５の方向が、主面１１２に垂直な少なくとも１つのゼロでない成分を有するように配置される。同様に、材料１２１は、有利なことに、分極方向１２５が主面１２２に垂直な少なくとも１つのゼロでない成分を有するように配置される。
【0046】
実施例では、第１の層１１０及び第２の層１２０は、層構造の一部である。層構造の層の各々は、主面と主面に対向する更なる主面とを備えることができる。層の主面は、層構造の主方向に沿って平行に配置することができる。図１は、例として選択されたデカルト座標系を示し、それに従って第１の層１１０及び第２の層１２０が、ｚ方向に沿って配置される。第１の層１１０及び第２の層１２０は、ｘ－ｙ面に平行に配置されてもよい。
【0047】
電荷ゾーン１８０は、図１に示されるように、例えば、第１の層１１０内である。他の実施例では、電荷ゾーン１８０は、第２の層１２０において、主面１２２に沿って形成される。主面１１２が主面１４２から離間される更なる実施例では、電荷ゾーン１８０は第１の層１１０と第２の層１２０との間に配置することができる。ｚ方向の電荷ゾーン１８０の範囲は、実施例では非常に小さく、例えば、１０ｎｍ未満又は数ナノメートル未満である。
【0048】
実施例では、第１の材料１１１はウルツ鉱型結晶構造を有し、第２の材料１２１もウルツ鉱型結晶構造を有する。ウルツ鉱型結晶構造は、極性であり得る。実施例では、第１の材料１１１の極軸は、第２の材料１２１の極軸と平行に配置することができる。
【0049】
図２は、更なる実施形態による電子部品２００の概略図である。電子部品２００は、主面１１２（第１の主面１１２とも称される）を有する第１の層１１０を備え、主面１２２（第２の主面１２２とも称される）を有する第２の層１２０を更に備える。主面１２２は、主面１１２に対向して配置される。第１の層１１０は、ウルツ鉱型結晶構造を有する第１の材料１１１を含む。第１の材料１１１の分極１１５は、第１の方向－第１の材料１１１の分極方向１１５を向く。第２の層１２０は、ウルツ鉱型結晶構造を有する第２の材料１２１を含む。第２の材料１２１は強誘電性であり、図２に示されるように、少なくとも１つの分極状態を有する。実施例では、第２の材料１２１は、少なくとも２つの分極状態を有する。図２に示されるような少なくとも第２の材料１２１の１つの分極状態では、第２の材料１２１の分極１２５の方向－第２の材料１２１の分極方向１２５－は、第１の材料１１１の分極方向１１５と少なくとも部分的に反対である。電子部品２００では、第２の材料１２１は、遷移金属を含有する。
【0050】
実施例では、少なくとも１つの分極状態では、電荷ゾーン、例えば、図１の電荷ゾーン１８０による電荷ゾーンが、第１の主面１１２及び／又は第２の主面１２２に沿って形成される。
【0051】
電子部品１００、並びに電子部品１００に対する第１の層１１０、第２の層１２０、分極方向１１５、分極方向１２５、ｘ、ｙ、ｚ方向、第１の材料１１１、第２の材料１２１、及び主面１１２、１２２の配置の説明は、電子部品２００にも同様に適用することができる。言い換えれば、図１の電子部品１００の特徴を参照して以下に説明される特徴は、任意選択的に、図１の電子部品１００と図２の電子部品２００の両方に関連し得る。
【0052】
第１の材料１１１及び第２の材料１２１の分極のため、第１の主面１１２での電位は、第１の層１１０の内部の電位から逸脱する可能性がある、及び／又は第２の主面１２２での電位は、第２の層１２０の内部の電位から逸脱する可能性がある。その結果、例えば、２ＤＥＧを構成する電荷ゾーン１８０を形成することができる。他の実施例では、電荷ゾーン１８０は、二次元ホールガスを構成することができる。
【0053】
例えば、その結果、第１の材料１１１と第２の材料１２１の分極の合計に基づいて、第１の分極方向１１５が第２の分極方向１２５と少なくとも部分的に反対である１つの分極状態において、第１の層１１０と第２の層１２０との間の境界面、例えば、主面１１２又は主面１２２で形成される２ＤＥＧ、又は一般には電荷ゾーン１８０の電荷担体密度σが生じる。この場合、材料のうちの一方の分極は、自発分極及び／又は圧電分極及び／又は形式分極を含むことができる。
【0054】
部分的に反対である分極方向によって何倍も増加する、電荷ゾーン、例えば、２ＤＥＧにおける電荷担体密度のため、電子部品１００、２００で１０分の１より小さい部品表面、又は任意選択的に１０分の１より少ない電力損失を実現することができる。更に、より小さい部品表面及びより大きい勾配のため、より小さい部品容量及びより高いカットオフ周波数が可能になる。その結果、電子部品１００、２００は、６Ｇ＋用途などのトランジスタ、例えば、ＨＥＭＴ、並びにＳＭＰＳ及びＩＴ（通信、コンピューティング、ストレージ）、軍事（基地局、ＲＦエネルギー）、消費財、ＥＶ／ＨＥＶ用のコンパクトなコンバータに特に良好に適する。
【0055】
例えば、第１の材料が分極状態であるとき、電荷ゾーン１８０における電荷担体密度は、１０１２ｃｍ－２超、又は１０１３ｃｍ－２超、又は６×１０１３ｃｍ－２超である。追加的に、実施例では、第１の材料が分極状態であるとき、電荷ゾーン１８０における電荷担体密度は、８００×１０１２ｃｍ－２未満又は４００×１０１３ｃｍ－２未満とすることができる。実施例では、電荷担体密度は、１３４×１０１３ｃｍ－２である。
【0056】
実施形態では、第１の材料が分極状態であるとき、電荷ゾーン１８０における電荷担体密度は、１０１３ｃｍ－２～８００×１０１３ｃｍ－２、又は６×１０１３ｃｍ－２～８００×１０１３ｃｍ－２、又は１０×１０１３ｃｍ－２～８００×１０１３ｃｍ－２、又は５０×１０１３ｃｍ－２～４００×１０１３ｃｍ－２である。
【0057】
高い電荷担体密度は、電荷ゾーン１８０の高導電率をもたらすことができる。第１の材料１２１としてＧａＮを含む実施例では、ＧａＮにおける２ＤＥＧの導電率の理論的限界は、０．１ｍＯｈｍ＊ｃｍ２未満、又は６００Ｖの電圧では、０．０３ｍＯｈｍ＊ｃｍ２未満であり得る。
【0058】
実施例では、第１の材料１１１は、少なくとも１つのＩＩＩ族元素を含む窒素化合物である。この種の窒素化合物は、以下ＩＩＩ族窒化化合物と称する。代替的に又は追加的に、第２の材料１２１は、ＩＩＩ族窒化化合物である。
【0059】
実施例では、第２の材料１２１は、１つ以上のＩＩＩ族元素を含み、遷移金属を更に含む窒素化合物である。
【0060】
実施例では、第２の材料１２１の窒素化合物における遷移金属の化学量論比率は、窒素化合物中の１つ以上のＩＩＩ族元素及び遷移金属の総化学量論比率の１０％～５０％である。例えば、第２の材料は、化学式Ａ（１－ｘ）ＴｘＮを有し、ただし、ＡはＩＩＩ族元素又は複数の異なるＩＩＩ族元素を表し、Ｔは遷移金属を表し、Ｎは窒素であり、ｘは０．１～０．５である。
【0061】
例えば、第２の材料１２１は、ＡｌｓｃＮ、ＡｌＧａＳｃＮ、ＧａＳｃＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＭｇＮｂＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＳｃＮのうちの１つである。追加的に又は代替的に、実施例では、第１の材料１１１は、ＧａＮ、ＧａＳｃＮ、ＡｌＳｃＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＳｃＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＳｃＮのうちの１つである。
【0062】
実施例では、第２の材料１２１と第１の材料１１１の組合せは、ＡｌＳｃＮ／ＧａＮ、ＡｌＳｃＮ／ＧａＳｃＮ、ＡｌＧａＳｃＮ／ＧａＮ、ＧａＳｃＮ／ＡｌＳｃＮ、ＧａＳｃＮ／ＡｌＮ、ＡｌＳｃＮ／ＩｎＧａＮ、ＡｌＳｃＮ／ＩｎＧａＳｃＮ、ＡｌＭｇＮｂＮ／ＧａＮのうちの１つである。
【0063】
実施例では、第１の材料１１１はＧａＮであり、第２の材料１２１はＡｌＳｃＮである。窒化アルミニウムスカンジウム及び窒化ガリウムは、高い自発分極を示す。更に、ＡｌＳｃＮの格子定数は、ＧａＮ又はＧａＳｃＮの格子定数と同様であり得るため、圧電分極は実施例では無視することができ、ＡｌＳｃＮがＧａＮに隣接して配置される（又は第３の層によって分離される）とき、少なくともＡｌＳｃＮの分極全体を低減しない。よって、この材料組合せでは、高電荷担体密度と低欠陥密度が得られる。
【0064】
実施例では、第１の材料１１１はＧａＮであり、第２の材料１２１はＡｌ（１－ｘ）ＳｃｘＮであり、ただしｘ＝０．１８である。このスカンジウム部分の場合、第２の材料１２１の格子定数は、第１の材料１１１の格子定数と少なくともほぼ同じである。ＡｌＳｃＮ及びＧａＮの高い自発分極のため、電荷ゾーン１８０内に２ＤＥＧのための高電荷担体密度が生じる。
【0065】
言い換えれば、圧電分極が分からなければ、自発分極のみから、ウルツ鉱型構造を有する２つの異なる層の境界面で形成される２ＤＥＧの電荷密度を結論付けることは通常不可能である。しかしながら、発明者らは、材料ＡｌＳｃＮの層とＧａＮ層上の１８％ＳｃＮの組合せが例外を構成することを見出した。２つの材料の格子定数は同一であるため［７］、２つの層の境界面で圧電分極は生じない。更に、２つの材料の自発分極は、実験データ又は正確な理論的計算のいずれかからほぼ既知である［３］、［４］。よって、ＧａＮ層上の１８％ＡｌＳｃＮ層間の境界面で形成される２ＤＥＧの電荷担体密度σについては、両方の層が正の分極を有する、すなわち、例えば、整合された分極方向を有する従来の配置に従って基板上に堆積されるとき、ほぼ以下が適用されると言える。
式１
【0066】
よって、このようにして達成される電荷担体密度の大きさの程度は、従来技術に相当する。対照的に、例えば、図１に示されるように、１つの分極状態における第１の分極方向１１５及び第２の分極方向１２５の本発明による配向の場合、以下の値が得られる。
式２
したがって、このようにして生成される２ＤＥＧの電荷担体密度は、従来技術と比べて２５倍増加する。
したがって、このようにして生成される２ＤＥＧの電荷担体密度は、従来技術と比べて２５倍増加する。
【0067】
このような考察は、ＧａＮ上の１８％ＡｌＳｃＮに適用されるだけではない。他の実施例では、第１の層１１０と第２の層１２０の材料の組合せは、複数の他の可能な材料の組合せのうちの１つ、例えば、上述のもののうちの１つである。この場合、電荷担体密度は、式２で計算された値よりも大きくても小さくてもよい。例えば、ＧａＳｃＮ及びＡｌＳｃＮなどの化合物中の分極は、Ｓｃ含有量が増加するほど小さくなり、そのため式２の合計も小さくなるが、分極が完全に反転されるとき、第１の層、例えば、ＧａＮの分極よりも大きくなる。実施例では、分極反転は、例えば、１８％ＡｌＳｃＮよりも大きな分極を有する純粋なＡｌＮを用いることによって、従来技術の約１０μＣ／ｃｍ２から最大で式２で与えられる上記の値までの任意の電荷担体密度を達成することができる。実施例では、１８％ＡｌＳｃＮから進んで、第１の材料１１１及び／又は第２の材料１２１にとって更なる材料組合せを選択するために、ＩＩＩ族－Ｎの材料特性の不変性［４］、［８］を利用することができる。
【0068】
図１の部品１００の実施例では、第２の材料１２１は、図２の部品の場合と同様に、第２の材料１２１の分極１２５の方向を変更できるように強誘電性である。１つの分極状態では、第２の材料１２１の分極は例えば、図１に示される分極方向１２５を有し、第２の材料１２１の第１の分極状態及び第２の分極状態のこれらの実施例では、第２の材料１２１の分極の方向は、第１の方向に少なくとも部分的に整合される。いくつかの実施例では、第２の分極状態における第２の材料１２１の分極は、第１の分極方向１２５に平行であり得る。
【0069】
発明者らが最近発見したように、ウルツ鉱型構造を有する材料はまた強誘電性であり得る。強誘電性材料は、材料の分極が異なる方向を向く複数の分極状態をとることができる。強誘電性材料は、設定される分極の方向に少なくとも部分的に向く電界に材料がさらされるという点で、例えば、分極状態のうちの１つに設定することができる。この場合、結晶格子の変化が生じ得る。例えば、ＩＩＩ族窒化化合物の材料は、１つの分極状態では、１つの分極方向を有する金属－極性配向を有することができ、更なる分極状態では、別の、例えば、反対の分極方向を有する窒素－極性配向を有することができる。
【0070】
強誘電性材料に関して本明細書に記載される効果はまた、実施例では、一般的には極性材料又は分極された材料によって、ウルツ鉱型構造とは異なる構造を有する他の材料で形成されるヘテロ構造によって実現することができる。
【0071】
実施例では、第１の層及び／又は第２の層の主面に沿った電荷ゾーン１８０における電荷担体密度は、第２の材料１２１が第２の分極状態であるときよりも、第２の材料１２１が第１の分極状態であるときにより高くなる。
【0072】
実施例では、第２の層は、５０ｎｍ未満、又は３０ｎｍ未満、又は１０ｎｍ未満の厚さを有する。
【0073】
図３は、更なる実施形態による電子部品３００の概略図である。電子部品３００は、電子部品１００、２００の一方に基づく。例えば、電子部品３００は、電子部品１００、２００のうちの一方に相当することができる。
【0074】
例えば、電子部品３００は、第３の層３３０を備える。第３の層３３０は、第１の層１１０と第２の層１２０との間に配置される。例えば、第３の層３３０は、第１の層１１０の主面１１２に隣接して、及び第２の層１２０の主面１２２に隣接して配置することができる。
【0075】
実施例では、第１の層１１０の主面１１２で表面欠陥がほとんど形成されないように、第３の層３３０の材料の格子定数は第１の材料１１０の格子定数と同様であり得る。図３は、例として、第１の層１１０内の主面１１２に沿った電荷ゾーン１８０の配置を示す。第３の層３３０の配置により、電荷ゾーン１８０は、第２の層１２０から離間される。したがって、第３の層３３０のため、第１の材料１１１と第２の材料１２１の格子定数が異なる場合でも、欠陥の少ない境界面上の電荷ゾーン１８０の配置を達成することができる。その結果、電荷ゾーン１８０における高導電率を達成することができる。
【0076】
実施例では、電子部品３００は、ソース接点３７２及びドレイン接点３７４を更に備える。電荷ゾーン１８０は、ソース接点１７２とドレイン接点３７４との間に直列に配置される。
【0077】
よって、電荷ゾーン１８０は、電荷ゾーン１８０の導電状態、例えば、第２の材料１２１の１つの又は第１の分極状態では、ソース接点３７２とドレイン接点３７４との間の電気接続を構成することができる。電子部品１００、２００は、例えば、トランジスタ又はトランジスタの一部、例えば、ＨＥＭＴから形成することができる。実施例では、ソース接点３７２は、電子部品のソース領域によって提供することができる。実施例では、ドレイン接点３７２は、電子部品のドレイン領域によって提供することができる。
【0078】
例えば、ソース接点３７２及びドレイン接点１７４は、図３に示すように、第２の層１２０の主面１４２に対向する第２の層１２０の主面に隣接して配置することができる。言い換えれば、ソース接点３７２及びドレイン接点３７４は、ｚ方向に第２の層１２０の上方に配置することができる。ソース接点３７２及びドレイン接点３７４のこのような配置は、５０ｎｍ又は３０ｎｍ又は１０ｎｍ未満の厚さを有する第２の層１２０と組み合わせて特に有利であり得る。第２の層１２０の上方のソース接点３７２及びドレイン接点３７４の配置は、簡単な実装を可能にする。にもかかわらず、薄厚は、ソース接点３７２又はドレイン接点３７４と電荷ゾーン１８０との電気的接触を確保することを可能にする。しかしながら、例えば、第２の層１２０はまた、電荷ゾーン１８０との良好な電気的接触を可能にするため、ソース接点３７２及び／又はドレイン接点３７４に隣接する領域において薄くなる（ソース接点とドレイン接点との間の領域におけるよりも薄くなる）ように意図的に形成することができる。実施例では、第３の層は、ソース接点３７２及び／又はドレイン接点３７４に隣接する領域において完全に除去することができる。
【0079】
実施例では、電子部品３００は、第２の層１２０が第１の層１２０とゲート電極３７０との間に配置されるように、ゲート電極３７０を更に備える。例えば、ゲート電極３７０は、電気的に接触する導電層によって実装される。
【0080】
ゲート電極３７０と第１の層１１０との間に電圧を印加することによって、第２の層１２０に電界を印加することができる。例えば、ゲート電極３７０と第１の層１２０上の接点との間に電圧を印加することができる。代替的に、電界がゲート電極と電荷ゾーン１８０との間に形成されるように、ゲート電極３７０とソース接点３７２又はドレイン接点３７４との間に電圧を印加することができる。この場合、電界の方向は、印加電圧の極性に依存し得る。第２の層１２０の材料１２１の極性は、特に、強誘電性である場合、印加電界に従って自身を整合させることができる。よって、ゲート電極３７０により、第１の極性を有する第１の電圧を印加することによって材料１２１を第１の分極状態に設定し、第２の極性を有する第２の電圧を印加することによって材料１２１を第２の分極状態に設定することが可能になる。図３は、第２の材料１２１の１つの又は第１の分極状態の分極方向１２５の一例を示す。更に、以下で分極方向１２５’とも称される、第２の材料１２１の第２の分極状態における分極１２５’の方向の一例を示す。図３に例として示される座標系によれば、分極方向のｚ成分は、第２の分極状態１２５’の分極方向のｚ成分と反対であり得る。
【0081】
ゲート電極３７０は、第１の層１２１の領域３２４に対向して配置することができ、それにより、領域３２４とゲート電極３７０は同一の横方向範囲を有する、例えば、一致する。
【0082】
ゲート電極３７０は、ソース接点３７２及びドレイン接点３７４の両方から離間させることができる。すなわち、ゲート電極は、ソース接点３７２とドレイン接点３７４との間に配置された領域の一部にわたって延在するように配置することができる。
【0083】
ゲート電極３７０と、例えば、ソース接点３７２又はドレイン接点３７４が接触することができる電荷ゾーン１８０との間に電圧を印加することによって、電荷ゾーン１８０に更に電界効果を生成することができる。この場合、電界効果により電荷ゾーンを導電状態と絶縁状態との間で変化させる、ゲート電極３７０と電荷ゾーン１８０との間の電圧を、閾値電圧と称することができる。
【0084】
実施例では、第２の材料１２１は強誘電性であり、それにより、第２の材料１２１の分極の方向を変更することができる。これらの実施例では、１つの分極状態、例えば、分極方向１２５を有する分極状態は、第２の材料１２１の第１の分極状態である。第２の材料１２１の第２の分極状態では、第２の材料１２１の分極の方向は、第１の方向、すなわち、第１の材料１１１の分極方向１１５に少なくとも部分的に整合される。ゲート電極３７０は、少なくともゲート電極３７０に対向する第２の層の領域３２４において、第１の極性を有する第１の電圧をゲート電極３７０に印加することによって第２の材料１２１を第１の分極状態に設定するように構成することができる。更に、ゲート電極３７０は、少なくともゲート電極に対向する第２の層の領域３２４において、第２の極性を有する第２の電圧をゲート電極３７０に印加することによって、第２の材料１２１を第２の分極状態に設定するように構成される。
【0085】
実施例では、第２の材料を第１及び第２の分極状態にそれぞれ設定するのに必要な第１及び第２の電圧（符号、すなわち、極性を考慮に入れる）は、閾値電圧よりも大きい。電界効果によって電荷ゾーンを損ない、電界を第２の材料に適用することを困難にすることなく、第２の材料の分極状態を第１及び第２の分極状態に設定することができるように確保することが可能である。
【0086】
分極状態を設定することにより、第２の層の領域３２４に対向する電荷ゾーン１８０の領域３８４における電荷ゾーン１８０の導電率を変更することが可能になる。領域３２４がソース接点３７２とドレイン接点３７４との間の横方向領域の一部を覆う実施例では、電荷ゾーン１８０の導電率は、横方向に、すなわち、局所的に変更することができる。よって、ゲート電極３７０によって覆われる領域３２４のサイズを選択することにより、第１の分極状態と第２の分極状態との間で変化する場合、電荷ゾーン１８０にわたるソース接点３７２とドレイン接点３７４との間で導電率がどの程度変化するかを設定することができる。
【0087】
したがって、実施例では、ゲート電極３７０は、領域において、例えば、横方向範囲に関する領域においてのみ、第２の層１２０に対向して配置される。
【0088】
例えば、第２の材料１２１は、領域３２４の外部に位置する第２の層１２０の領域３２６で、第１の分極状態又は第２の分極状態をとることができる。実施例では、第２の材料１２１は、領域３２６において第１の分極状態又は第２の分極状態をとり、更なる実施例では第２の分極状態をとることができる。第２の材料１２１が領域３２６内で第１の分極状態にある場合、第２の層１２０の更なる領域３２６に対向する電荷ゾーン１８０の領域３８６の導電率は、第２の材料１２１が更なる領域３２６内で第２の分極状態にある場合よりも高くすることができる。
【0089】
言い換えれば、導電層、例えば、ゲート電極３７０はまた、半導体構造の表面全体ではなく、一部のみを覆うように構成することができる。したがって、電荷担体密度は、広い間隔で局所的に決定することができ、他の領域での電荷担体密度と異ならせることができる。
【0090】
他の実施例では、領域３２４は、横方向、すなわち、図３のｘ方向及び／又はｙ方向に、ソース接点３７２からドレイン接点３７４まで延在することができ、ゲート電極３７０は、ソース接点３７２及びドレイン接点３７４から電気的に絶縁される。実施例では、ソース接点３７２とドレイン接点３７４との間の横方向領域の少なくとも８０％が、ゲート電極３７０によって覆われる。
【0091】
第２の材料１２１が強誘電性である場合、第２の材料１２１は、電圧がもはやゲート電極３７０に印加されなくなっても、設定された分極状態にとどまることができる。言い換えれば、分極方向１２５、１２５’の設定は、分極状態が設定されたときにオフにすることができる電圧を一時的に印加することによって行うことができる。
【0092】
したがって、第２の材料１２１は、電圧がゲート電極３７０に印加されていない電子部品の状態では、直近に設定された分極状態、例えば、第１又は第２の分極状態を維持するように構成することができる。
【0093】
電圧がゲート電極３７０に印加されていない場合、電荷ゾーン１８０は、第２の材料１２１が第２の分極状態にあるときよりも、第２の材料１２１が第１の分極状態にあるときに高い導電率を有することができる。
【0094】
図１～３の第１の材料１１１の分極方向１１５は、一例として理解されるべきである。他の実施例では、分極方向１１５のｚ成分は、図示される方向の反対の方向を向く。したがって、これらの他の実施例では、分極方向１２５、１２５’のｚ成分もまた、図示される方向の反対の方向を向く。
【0095】
実施例では、第１の材料１１１及び第２の材料１２１は、電荷ゾーン１８０の導電率が電子によって確保されるように選択される。他の実施例では、第１の材料１１１及び第２の材料１２１は、電荷ゾーン１８０の導電率がホールによって確保されるように選択される。ゲート電極３７０と第１の層１１０との間、又はゲート電極３７０と電荷ゾーン１８０との間に電圧を印加することにより、電荷ゾーンにおける電圧の極性と電荷担体の種類に応じて、電荷ゾーン１８０内の電荷担体密度を増減することができる電界効果をもたらすことが可能になる。
【0096】
実施例では、第１の材料の分極の方向は、ｉ第２の材料１２１を第２の分極状態に設定することができる第２の電圧の第２の極性が負極性になるように配向される。このことは、電荷ゾーン１８０内の大半の電荷担体が電子である場合に好都合である。よって、第２の電圧の印加は、電子密度、ひいては電荷ゾーンの導電率の低下に寄与する効果をもたらす。これらの実施例では、閾値電圧は、少なくとも第２の材料が第１の分極状態であるときに負であり得る。これらの実施例のうちの別の実施例では、閾値電圧は、第２の材料が第１又は第２の分極状態であるときに負である。
【0097】
図３のゲート電極３７０、ソース接点３７２及びドレイン接点３７４、並びに第３の層３３０の特徴は、一実施形態に基づく組合せで説明したが、これらの特徴は互いに独立して実現することもできる。具体的には、第３の層３３０は、例えば、電子部品１００、２００で、ゲート電極３７０、ソース接点３７２、及びドレイン接点３７４無しで実装することもできる。図３に示す実施形態と組み合わせることもできるソース接点３７２及びドレイン接点３７４の代替的な実施形態を図４に示す。
【0098】
図４は、電子部品３００の代替的な実施形態の概略図である。本実施例では、ソース接点３７２及びドレイン接点３７４は、第１の層１１０の主面１１２に隣接して配置される。これは、図４に示されるような実施例において、電荷ゾーン１８０が第１の層１１０に配置され、ソース接点３７２及びドレイン接点３７４が電荷ゾーン１８０に特に近く、よって良好な電気接触が確保されるという利点を有することができる。
【0099】
実施例では、電子部品３００は、ゲート電極３７０と第２の層１２０との間に配置される絶縁層４７８を更に備える。絶縁層４７８は、ゲート電極３７０を第２の層１２０から電気的に絶縁する。これにより、ゲート電極３７０と電荷ゾーン１８０との間の漏れ電流を防止することができる。絶縁層４７８はまた、図３に示される電子部品３００の実施例と同様に実装することができる。
【0100】
言い換えれば、トランジスタとしての電子部品３００の設計の場合、ソース及びドレイン電極は、直接又は層の一方を介して２ＤＥＧに接触するように、第１の層（図４）又は第２の層（図３）のいずれかに適用することができる。これらの電極は、Ｐｔ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＮｂＮ、Ｗ、Ｎｉ、Ａｕ、又はドープドＳｉなどの導体から構成することができる。典型的には欠陥を受けるヘテロ構造の２つの層１１０、１２０間の境界面から２ＤＥＧをシフトさせるため、更なる薄結晶層、例えば、第３の層３３０を、ヘテロ構造の２つの層１１０、１２０の間に挿入することができ、第３の層もウルツ鉱型構造を有する。
【0101】
図５は、更なる実施形態によるＨＥＭＴ５００の概略図である。ＨＥＭＴ５００の実施例は、上述の電子部品１００、２００、３００のうちの１つに相当することができる。ＨＥＭＴ５００は、第１の層１１０が基板５９０と第２の層１２０との間に配置されるように、第１の層１１０及び第２の層１２０に対向して配置される基板５９０を備える。更に、ＨＥＭＴ５００は、第１の層１１０と基板５９０との間に配置される１つ以上の調整層５９２を含む。調整層５９０は、第１の層１１０の主面１１２に対向する第１の層１１０の更なる主面における欠陥及び／又は応力を低減又は防止することができるように、基板５９０と第１の層１１０の格子定数の調整をもたらすことができる。ＨＥＭＴ５００は、第１の層１１０と第２の層１２０との間に配置される第３の層３３０を備える。電気的に絶縁性であってもよい終端層５７８が、ゲート電極３７０と第２の層１２０との間に配置される。ソース接点３７２及びドレイン接点３７４は、第１の層１１０の主面１１２に隣接して配置される。図示される実施例では、第１の層１１０の主面１１２に沿って位置する電荷ゾーン１８０が導電状態にある場合、ソース接点３７２とドレイン接点３７４は、電荷ゾーン１８０を介して電気的に接続される。
【0102】
図８は、図１～図５による電子部品１００、２００、３００、５００の制御方法８０のフロー図である。方法８０は、第２の層１２０の少なくとも１つの領域において、第２の材料１２１を１つの分極状態に設定する工程８１を含む。
【0103】
実施例では、工程８１は、工程８２を含むか、又はその手段によって実行することができる。工程８２は、少なくともゲート電極３７０に対向する第２の層１２０の領域３２４において、第２の材料１２１を第１の分極状態に設定するために、第１の極性を有する第１の電圧をゲート電極に印加することを含む。
【0104】
実施例では、方法８０は、少なくともゲート電極に対向する第２の層１２０の領域３２４において、第２の材料１２１を第２の分極状態に設定するために、第２の極性を有する第２の電圧をゲート電極３７０に印加する工程を更に含む。
【0105】
【0106】
図６は、電子部品、例えば、電子部品１００、２００、３００、５００の製造方法６０のフロー図である。方法６０は、第１の層及び第２の層を配置する工程６１を含む。配置６１は、第２の層１２０の主面１２２が第１の層１１０の主面１１２に対向して配置されるように行われる。更に、配置６１は、第１の層１１０が第１の材料１１１を含み、第２の層１２０が第２の材料１２１を含むように行われる。第２の材料１２１は、少なくとも１つの分極状態を有する。配置６１は、第１の材料１１１の分極が第１の方向を向き、第２の材料１２１の分極の方向が、少なくとも第２の材料１２１の１つの分極状態において、第１の方向と少なくとも部分的に反対であり、電荷ゾーン１８０が第１の層１１０及び／又は第２の層１２０の主面１１２、１２２に沿って形成され、当該電荷ゾーンが、少なくとも第２の材料１２１が１つの分極状態であるときに導電性であるように行われる。
【0107】
実施例では、第１の層１１０及び第２の層１２０の配置６１は、第１の層及び第２の層を堆積する工程を含む。実施例では、第１に、第１の層１１０が堆積され、第２の層１２０が第１の層１１０上に堆積され、第２の層１２０の堆積前に、１つ以上の更なる層、例えば、第３の層３３０を第１の層１１０上に堆積することができる。他の実施例では、第１に、第２の層１２０が堆積され、第１の層１１０が第２の層１２０上に堆積され、第１の層１１０の堆積前に、１つ以上の更なる層、例えば、第３の層３３０を堆積することができる。
【0108】
実施例では、堆積は、第１の層及び第２の層の堆積後、第２の材料１２１が１つの分極状態であるように行うことができる。
【0109】
これらの実施例では、堆積プロセスによって、第２の材料１２１の分極方向１２５が第１の材料の分極方向１１５と少なくとも部分的に反対であることを達成することが可能である。
【0110】
言い換えれば、分極方向の反転は、堆積プロセスのコンテキストでは、ウルツ鉱型構造を有する２つの層の境界において（例えば、酸素、マグネシウムケイ素、又はゲルマニウムを短時間提供することによって）欠陥が生じるために起こり得る。
【0111】
図７は、一実施形態による方法７０のフロー図である。方法７０は、方法６０の一例であってもよい。これらの実施例では、第２の材料１２１は強誘電性であり、それにより、第２の材料の分極の方向を変更することができる。これらの実施例では、第２の材料の少なくとも１つの分極状態は、第１の分極状態である。第２の材料１２１の第２の分極状態では、第２の材料１２１の分極の方向は、第１の方向に少なくとも部分的に整合される。これらの実施例では、配置６１は、少なくとも領域において、第２の材料１２１を第１の分極状態を設定するために、第１の層１１０又は第２の層１２０の主面１１２に少なくとも部分的に垂直な方向に電界を第２の材料１２１に印加する工程７３を更に含む。
【0112】
例えば、配置６１は、第１の層１１０及び第２の層１２０を堆積する工程を含み、図６を参照して説明されるように、堆積は、第１の材料１１１の分極方向１１５と第２の材料の分極方向１２５、１２５’とが少なくとも部分的に整合される、すなわち、第２の材料が第２の分極状態であるように行われる。工程７３は、例えば、例えば、第１及び第２の層の堆積後に配置することができるゲート電極を用いて実行され得る。
【0113】
したがって、実施例では、方法７０の配置６１は、少なくとも領域において、ゲート電極３７０を配置する工程７２を更に含むことができる。工程７２は、第２の層１２０が第１の層１１０とゲート電極３７０との間に配置されるように実行される。好都合なことに、工程７２は、工程７３の前に行うことができる。
【0114】
本方法が工程７４を含む場合、ゲート電極を配置する工程７２は、ゲート電極がソース接点からドレイン接点までの領域にわたって延在するように実行することができる。よって、工程７３では、第２の材料が第１の分極状態に設定されるように確保することができ、よって、ソース接点からドレイン接点までの領域全体にわたって高導電率を達成することができる。工程７３で、電荷ゾーンが電界を印加するために使用される場合、ゲート電極３７０は、工程７２で、ソース接点及びドレイン接点から電気的に絶縁されるように配置することができる。
【0115】
任意選択的に、方法７０の工程６１は、工程７２で配置されたゲート電極を少なくとも部分的に除去する工程７４を更に含む。例えば、ゲート電極がソース接点及びドレイン接点から電気的に絶縁されるように除去を行うことができる。
【0116】
図３を参照すると、ゲート電極３７０に対向する領域３２４の外側にある領域３２６において、第２の材料１２１に第１の分極状態をとらせることができる。領域３２４内の第２の材料１２１は、第１又は第２の分極状態に設定することができ、したがって、電荷ゾーン１８０の導電率は、工程７４の後、図３でゲート電極３７０で示されるゲート電極の残りの部分に電界を印加することによって増減させることができる。ゲート電極を部分的に除去することにより、確実にゲート電極をソース接点及びドレイン接点から電気的に絶縁することができる。更に、ゲート電極の静電容量を、結果として低減することができる。
【0117】
実施例では、工程７４は、ゲート電極が部分的にのみ除去されるように、例えば、工程７４の後、ゲート電極、例えば、ゲート電極３７０の残りの部分が、第２の層１２０に対向して配置されるように行われる。これらの実施例では、工程６１は、ゲート電極の部分的除去後、少なくとも領域において、例えば、ゲート電極７３の残りの部分に対向する領域３２４において、第２の材料１２１を第２の分極状態に設定するために、第２の電圧をゲート電極３７０に印加する工程７５を更に含むことができる。
【0118】
よって、第２の材料は、第２の層１２０の領域３２４において第２の分極状態をとり、第２の層の更なる領域３２６において第１の分極状態をとることができる。
【0119】
図６の方法６０と図７の方法７０は、電子部品１００、２００、３００、５００の製造方法に適し得る。すなわち、方法６０、７０は、図１～５を参照して説明される特徴及び効果が、例えば、状態及び配置に関して達成されるように構成することができる。
【0120】
言い換えれば、強誘電効果は、第１及び第２の層の相対的分極方向の反転をもたらす可能性をなす。この種の強誘電効果は、ＡｌＳｃＮで観察され、ＧａＳｃＮ、及びＡｌＭｇＮｂＮなどの他の混合結晶でも予測され得る［９］、［１０］。この効果は、例えば、金属－極性（あるいは、窒素－極性）配向を有するウルツ鉱型構造を有する２つの層のヘテロ構造を堆積させることを可能にする。上側層（あるいは下側層）の分極は、強誘電効果によって反転させることができる。式２によると、このように生成されたヘテロ構造は、著しく増加した導電率を有する。電圧の印加は、例えば、導電層、例えば、Ｐｔ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＮｂＮ、Ｎｉ、Ａｕ、又はＳｉ（又は導電基板、例えば、ドープドＳｉ若しくはＧａＮ）が、２ＤＥＧとは反対側を向く強誘電性層の表面と接触させられるという点で達成することができる。引き続いて、この導電層と２ＤＥＧを介して、強誘電性層の他方の側に電圧を印加することができる。この電圧は、強誘電効果によって分極を反転させ、２ＤＥＧの電荷担体密度を増加させる。引き続いて、例えば、２ＤＥＧを制御するためのゲート電極を画定するために、導電層を再度除去する、又はより小さくすることができる。
【0121】
更なる実施形態を以下に説明する。
一実施形態は、基板と、基板に塗布され、ウルツ鉱型構造を有する結晶層と、第１の層に塗布され、ウルツ鉱型構造を有し、その分極が第１の層の分極と反対に配向される更なる結晶層とからなる構造を形成する。
一実施形態は、基板と、基板に塗布され、ウルツ鉱型構造を有する結晶層と、第１の層に塗布され、ウルツ鉱型構造を有し、その分極が第１の層の分極と反対に配向される更なる結晶層とからなる構造を形成する。
【0122】
この構造の実施例では、２つの層間の境界面に沿った導電率は、両方の層の分極が同一の方向を向く構造よりも高くなる。
実施例では、電荷担体密度は、６×１０１３ｃｍ－２～１６４×１０１３ｃｍ－２の値を有する。
実施例では、電荷担体密度は、６×１０１３ｃｍ－２～１６４×１０１３ｃｍ－２の値を有する。
【0123】
実施例では、２つの層のうちの少なくとも一方は、強誘電性である。
実施例では、２つの層のうちの少なくとも一方は、ＩＩＩ族窒化物である。
実施例では、２つの層のうちの少なくとも一方は、遷移金属を更に含む。
実施例では、２つの層のうちの少なくとも一方は、ＩＩＩ族窒化物である。
実施例では、２つの層のうちの少なくとも一方は、遷移金属を更に含む。
【0124】
実施例では、第２の層は、５０ｎｍよりも薄い。
実施例では、ウルツ鉱型構造を有する更なる層は、第１の層と第２の層との間に配置される。
実施例では、ゲート、ソース、及びドレイン電極は、第２の層に適用される。
実施例では、ウルツ鉱型構造を有する更なる層は、第１の層と第２の層との間に配置される。
実施例では、ゲート、ソース、及びドレイン電極は、第２の層に適用される。
【0125】
実施例では、ソース及びドレイン電極は第１の層に適用され、ゲート電極は第２の層に適用される。
実施例では、更なる絶縁層は、ゲートと第２の層との間に位置する。
実施例では、遷移金属部分は、ＩＩＩ族元素の１０～５０％である。
実施例では、更なる絶縁層は、ゲートと第２の層との間に位置する。
実施例では、遷移金属部分は、ＩＩＩ族元素の１０～５０％である。
【0126】
一実施形態は、ウルツ鉱型構造を有する第２の結晶層が、ウルツ鉱型構造を有する第１の結晶層に塗布され、２つの層の分極が同一の方向を向き、２つの層のうちの少なくとも一方が強誘電性である、方法を提供する。更に、本方法の場合、２つの層間の境界面の導電率は、強誘電性層の一方に電圧を印加し、分極を反転させることによって高められる。
【0127】
一実施形態は、ウルツ鉱型構造を有する第２の結晶層が、ウルツ鉱型構造を有する第１の結晶層に塗布され、２つの層の分極が同一の方向を向き、第２の層が強誘電性であり、導電層が、（その後貼付される）ソース電極とドレイン電極の位置間の距離の少なくとも８０％を覆う強誘電性層に貼付され、層間の境界面の導電率が、電圧の導電層への印加と分極の反転とによって高められ、導電層がその後、少なくとも部分的に除去される方法を提供する。
【0128】
一実施形態は、ウルツ鉱型構造を有する第２の結晶層が、ウルツ鉱型構造を有する第１の結晶層に塗布され、２つの層の分極が同一の方向を向き、第２の層が強誘電性であり、請求項２及び３のいずれかによる強誘電性層の分極が反転されており、低い導電率を達成するために強誘電性層の分極がゲート電極によってふたたび反転され、２ＤＥＧを更に空乏化させるため電圧がゲート電極に印加される方法を提供する。
【0129】
本開示のいくつかの態様はデバイスに関連する特徴として説明されているが、このような説明は、対応する方法の特徴の説明と考えることもできることは明らかである。いくつかの態様は方法に関連する特徴として説明されているが、このような説明は、デバイス又はデバイスの機能の対応する特徴の説明と考えることもできることは明らかである。
【0130】
前述の詳細な説明では、本開示を合理的に説明するため、異なる特徴を実施例でまとめている場合がある。この種の開示は、特許請求される実施例が、各請求項で明示的に指定された特徴よりも多くの特徴を含むことを意図していると解釈されるべきではない。むしろ、以下の請求項が示すように、主題は、単一の開示された実施例の全ての特徴よりも少ない数で見出すことができる。したがって、以下の請求項はそれにより、詳細な説明に組み込まれ、各請求項は、個々の別個の実施例とみなすこともできる。各請求項はそれ自体別個の実施例として成り立つことができるが、特許請求の範囲の従属請求項は、１つ以上の他の請求項との特定の組合せに言及しているものの、他の実施例は、従属請求項と他の全ての従属請求項の主題との組合せ、又は全ての特徴と他の従属若しくは独立請求項との組合せも含むことに留意されたい。このような組合せは、特定の組合せが意図されないと述べられていない限り含まれる。更に、１つの請求項の特徴とあらゆる他の独立請求項の組合せは、この請求項が独立請求項に直接従属しない場合でも含めるべきであることが意図される。
【0131】
上述の実施形態は、本開示の原理の単なる例示である。当然ながら、本明細書に記載される配置及び詳細の修正及び変形は、他の当業者にとって明らかであろう。したがって、本開示は、実施形態の記載及び説明に基づいて本明細書で提示されている具体的な詳細ではなく、単に以下の請求項の保護範囲によって限定されるべきであると意図される。
【0132】
参考文献
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【0140】
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【0141】
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【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【手続補正書】
【提出日】2023-04-17
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の層（１１０）及び第２の層（１２０）を備える電子部品（１００、３００、５００）であって、前記第１の層（１１０）の主面（１１２）が、前記第２の層（１２０）の主面（１２２）に隣接して配置される、又は
前記電子部品が、ウルツ鉱型結晶構造を有し、前記第１の層（１１０）と前記第２の層（１２０）との間に、前記第１の層の前記主面（１１２）に隣接して、及び前記第２の層の前記主面（１１２）に隣接して配置される第３の層（３３０）を備え、
前記第１の層（１１０）が、ウルツ鉱型結晶構造を有する第１の材料（１１１）を含み、前記第１の材料の分極（１１５）が第１の方向を向き、
前記第２の層（１２０）が、前記第２の材料（１２１）の分極（１２５）の方向が前記第１の方向と少なくとも部分的に反対である１つの分極状態において、ウルツ鉱型結晶構造を有する第２の材料（１２１）を含み、電荷ゾーン（１８０）が、前記第１の層及び／又は前記第２の層の前記主面（１１２、１２２）に沿って形成され、前記電荷ゾーンが導電性である、電子部品（１００、３００、５００）。
【請求項2】
前記第２の材料（１２１）が、前記第２の材料（１２１）の前記分極（１２５）の前記方向を変更できるように強誘電性であり、前記第２の材料（１２１）ｉの前記１つの分極状態が第１の分極状態であり、前記第２の材料（１２１）の第２の分極状態における前記第２の材料（１２１）の前記分極の前記方向が、前記第１の方向に少なくとも部分的に整合される、請求項１～９のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項3】
第１の層（１１０）及び第２の層（１２０）を備える電子部品（１００、３００、５００）であって、前記第１の層（１１０）の主面（１１２）が、前記第２の層（１２０）の主面（１２２）に隣接して配置され、
前記電子部品が、ウルツ鉱型結晶構造を有し、前記第１の層（１１０）と前記第２の層（１２０）との間で、前記第１の層の前記主面（１１２）及び前記第２の層の前記主面（１１２）に隣接して配置されている第３の層（３３０）を備え、
前記第１の層（１１０）がウルツ鉱型結晶構造を有する第１の材料（１１１）を含み、前記第１の材料の分極（１１５）が第１の方向を向き、
前記第２の層（１２０）が、ウルツ鉱型結晶構造を有し、少なくとも１つの分極状態を有する第２の材料（１２１）を含み、少なくとも前記第２の材料（１２１）の前記１つの分極状態における前記第２の材料（１２１）の分極（１２５）の方向が、前記第１の方向と少なくとも部分的に反対であり、電荷ゾーン（１８０）が、前記第１の層及び／又は前記第２の層の前記主面（１１２、１２２）に沿って形成され、前記電荷ゾーンが、少なくとも前記第２の材料（１２１）が前記１つの分極状態であるとき導電性であり、
前記第２の材料（１２１）が、前記第２の材料（１２１）の前記分極の前記方向を変更できるように強誘電性であり、前記第２の材料（１２１）の前記１つの分極状態が第１の分極状態であり、前記第２の材料（１２１）の第２の分極状態における前記第２の材料（１２１）の前記分極の前記方向が、前記第１の方向に少なくとも部分的に整合され、前記電子部品が、少なくとも領域において、前記第２の層の前記第２の材料（１２１）を前記第１の分極状態に設定するように構成されている、電子部品（１００、３００、５００）。
【請求項4】
前記第１の層（１１０）及び／又は前記第２の層（１２０）の前記主面（１１２、１２２）に沿った電荷ゾーン（１８０）の電荷担体密度が、前記第２の材料（１２１）が前記第２の分極状態であるときよりも前記第２の材料（１２１）が前記第１の分極状態であるときにより高くなる、請求項１０に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項5】
ゲート電極（３７０）を更に備え、前記第２の層（１２０）が、前記第１の層（１１０）と前記ゲート電極（３７０）との間に配置され、前記第２の材料（１２１）が、前記第２の材料（１２１）の前記分極の前記方向を変更できるように強誘電性であり、前記第２の材料（１２１）の前記１つの分極状態が第１の分極状態であり、前記第２の材料（１２１）の第２の分極状態における前記第２の材料（１２１）の前記分極の前記方向が、前記第１の方向に少なくとも部分的に整合され、
前記ゲート電極（３７０）が、少なくとも前記ゲート電極（３７０）に対向する前記第２の層（１２０）の領域（３２４）において、第１の極性を有する第１の電圧を前記ゲート電極に印加することによって前記第２の材料（１２１）を前記第１の分極状態に設定し、少なくとも前記ゲート電極に対向する前記第２の層（１２０）の前記領域（３２４）において、第２の極性を有する第２の電圧を前記ゲート電極（３７０）に印加することによって前記第２の材料（１２１）を前記第２の分極状態に設定するように構成されている、請求項２～４のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項6】
前記第２の材料（１２１）が、電圧が前記ゲート電極（３７０）に印加されていない前記電子部品の状態において、直近に設定された分極状態を維持するように構成されている、請求項５に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項7】
前記第１の材料の前記分極の前記方向が、前記第２の極性が負極性になるように配向されている、請求項５又は請求項６に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項8】
ゲート電極（３７０）を更に備え、前記第２の層（１２０）が、前記第１の層（１１０）と前記ゲート電極（３７０）との間に配置されている、請求項１～５に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項9】
前記ゲート電極（３７０）が、領域においてのみ前記第２の層（１２０）に対向して配置されている、請求項８に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項10】
前記ゲート電極（３７０）と前記第２の層（１２０）との間に配置されている電気絶縁層（４７８）を更に備える、請求項５～９に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項11】
前記第１の層（１１０）及び／又は前記第２の層（１２０）の前記主面（１１２、１２２）に沿った電荷ゾーン（１８０）の電荷担体密度が、１０１２ｃｍ－２超、若しくは１０１３ｃｍ－２超、若しくは６×１０１３ｃｍ－２超であるか、又は
１０１３ｃｍ－２～８００×１０１３ｃｍ－２の範囲、若しくは６×１０１３ｃｍ－２～８００×１０１３ｃｍ－２の範囲、若しくは１０×１０１３ｃｍ－２～８００×１０１３ｃｍ－２の範囲であり、
前記第２の材料（１２１）が前記１つの分極状態にある、請求項１～３のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項12】
第１の材料（１１１）が、少なくとも１つのＩＩＩ族元素を含む窒素化合物であり、及び／又は前記第２の材料（１２１）が、少なくとも１つのＩＩＩ族元素を含む窒素化合物である、請求項１～４のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項13】
前記第２の材料（１２１）が、１つ以上のＩＩＩ族元素を含み、遷移金属を更に含む窒素化合物である、請求項１～５のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項14】
前記第２の材料（１２１）の窒素化合物中の前記遷移金属の化学量論比率が、前記窒素化合物中の前記１つ以上のＩＩＩ族元素と前記遷移金属の総化学量論比率の１０％～５０％である、請求項６に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項15】
前記第１の材料（１１１）が、ＧａＮ、ＧａＳｃＮ、ＡｌＳｃＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＳｃＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＳｃＮのうちの１つである、及び／又は前記第２の材料（１２１）が、ＡｌｓｃＮ、ＡｌＧａＳｃＮ、ＧａＳｃＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＭｇＮｂＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＳｃＮのうちの１つである、
請求項１～７のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項16】
前記第２の材料（１２１）／前記第１の材料（１１１）の組合せが、ＡｌＳｃＮ／ＧａＮ、ＡｌＳｃＮ／ＧａＳｃＮ、ＡｌＧａＳｃＮ／ＧａＮ、ＧａＳｃＮ／ＡｌＳｃＮ、ＧａＳｃＮ／ＡｌＮ、ＡｌＳｃＮ／ＩｎＧａＮ、ＡｌＳｃＮ／ＩｎＧａＳｃＮ、ＡｌＭｇＮｂＮ／ＧａＮのうちの１つである、請求項１～８のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項17】
前記第２の層（１２０）が、５０ｎｍ未満の厚さを有する、請求項１～１２のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項18】
ソース接点（３７２）及びドレイン接点（３７４）を更に備え、前記電荷ゾーン（１８０）が、前記ソース接点（３７２）と前記ドレイン接点（３７４）との間に直列で配置されている、請求項１～１３のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項19】
請求項２に記載の電子部品の制御方法であって、前記第２の層（１２０）の少なくとも１つの領域において、前記第２の材料（１２１）を前記１つの分極状態に設定する工程を含む、方法。
【請求項20】
前記電子部品がゲート電極（３７０）を更に備え、前記第２の層（１２０）が、前記第１の層（１１０）と前記ゲート電極（３７０）との間に配置され、前記第２の材料を前記第１の分極状態に設定する前記工程が、少なくとも前記ゲート電極（３７０）に対向する前記第２の層（１２０）の領域（３２４）において、前記第２の材料（１２１）を前記第１の分極状態に設定するために、第１の極性を有する第１の電圧を前記ゲート電極に印加する工程を含む、
請求項１９に記載の方法。
【請求項21】
電子部品の製造方法（６０、７０）であって、第１の層（１１０）及び第２の層（１２０）を配置する工程（６１）を含み、
前記第１の層（１１０）の主面（１１２）が、前記第２の層（１２０）の主面（１２２）に隣接して配置され、
前記第１の層（１１０）の主面（１１２）が、ウルツ鉱型結晶構造を有する前記電子部品の第３の層（３３０）に隣接して配置され、前記第２の層の主面（１２２）が、前記第３の層に隣接して配置され、
前記第１の層（１１０）が第１の材料（１１１）を含み、前記第２の層（１２０）が第２の材料（１２１）を含み、前記第２の材料（１２１）が少なくとも１つの分極状態を有し、
前記第１の材料（１１１）の分極が、第１の方向を向き、
前記第２の材料が、少なくとも領域において、前記１つの分極状態にあり、電荷ゾーン（１８０）が前記第１の層（１１０）及び／又は前記第２の層（１２０）の前記主面（１１２、１２２）に沿って形成されるように、前記第２の材料（１２１）の前記１つの分極状態における前記第２の材料（１２１）の前記分極の前記方向が、前記第１の方向と少なくとも部分的に反対であり、前記電荷ゾーンが、少なくとも前記第２の材料（１２１）が前記１つの分極状態であるときに導電性である、方法（６０、７０）。
【請求項22】
前記第１の層（１１０）及び前記第２の層（１２０）を配置する工程（６１）が、前記第１の層及び前記第２の層を堆積することを含み、堆積することが、前記第１の層及び前記第２の層を堆積した後、前記第２の材料（１２１）が前記１つの分極状態であるように行われる、請求項２１に記載の方法（６０）。
【請求項23】
前記第２の材料（１２１）が、前記第２の材料（１２１）の分極の前記方向を変更できるように強誘電性であり、前記第２の材料（１２１）の前記１つの分極状態が第１の分極状態であり、前記第２の材料（１２１）の第２の分極状態における前記第２の材料（１２１）の前記分極の前記方向が、前記第１の方向に少なくとも部分的に整合され、前記方法が、少なくとも領域において、前記第２の材料（１２１）を前記第１の分極状態に設定するために、前記第１の層又は前記第２の層の前記主面（１１２、１２２）に少なくとも部分的に垂直である方向に、前記第２の材料（１２１）に電界を印加する工程（７３）を更に含む、請求項２１に記載の方法（７０）。
【請求項24】
ゲート電極を配置する工程（７２）であって、少なくとも領域において、前記第２の層（１２０）が前記第１の層と前記ゲート電極との間に配置される、工程を更に含み、前記第２の材料（１２１）に前記電界を印加する前記工程（７３）が、電圧を前記ゲート電極に印加することによって実行される、
請求項２３に記載の方法（７０）。
【請求項25】
前記第２の材料が、少なくとも領域において前記第１の分極状態に設定された後、前記ゲート電極を少なくとも部分的に除去する工程（７４）を更に含む、請求項２４に記載の方法（７０）。
【請求項26】
前記ゲート電極を除去する工程（７４）が、部分的にのみ行われ、前記電圧が第１の電圧であり、前記方法が、少なくとも領域において、前記第２の材料（１２１）を前記第２の分極状態に設定するために、前記ゲート電極の前記部分的除去後、第２の電圧を前記ゲート電極に印加する工程（７５）を更に含む、請求項２５に記載の方法（７０）。
【手続補正書】
【提出日】2023-10-17
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の層（１１０）及び第２の層（１２０）を備える電子部品（１００、３００、５００）であって、前記第１の層（１１０）の主面（１１２）が、前記第２の層（１２０）の主面（１２２）に対向して配置され、前記第１の層（１１０）が分極された第１の材料（１１１）を含み、前記第１の材料の分極（１１５）が第１の方向を向き、
前記第２の層（１２０）が分極された第２の材料（１２１）を含み、前記第２の材料（１２１）の分極（１２５）の方向が前記第１の方向と少なくとも部分的に反対である１つの分極状態において、電荷ゾーン（１８０）が前記第１の層及び／又は前記第２の層の前記主面（１１２、１２２）に沿って形成され、前記電荷ゾーンが導電性である、電子部品（１００、３００、５００）。
【請求項2】
前記第１の材料（１１１）がウルツ鉱型結晶構造を有し、前記第２の材料（１２１）がウルツ鉱型結晶構造を有する、請求項１に記載の電子部品（１００、３００、５００）。
【請求項3】
第１の層（１１０）及び第２の層（１２０）を備える電子部品（２００、３００、５００）であって、前記第１の層（１１０）の主面（１１２）が、前記第２の層（１２０）の主面（１２２）に対向して配置され、前記第１の層（１１０）がウルツ鉱型結晶構造を有する第１の材料（１１１）を含み、前記第１の材料の分極（１１５）が第１の方向を向き、
前記第２の層（１２０）がウルツ鉱型結晶構造を有する第２の材料（１２１）を含み、前記第２の材料（１２１）が遷移金属を含み、前記第２の材料（１２１）が強誘電性であり、少なくとも１つの分極状態を有し、前記第２の材料（１２１）の分極（１２５）の方向が、少なくとも前記第２の材料（１２１）の前記１つの分極状態において、前記第１の方向と少なくとも部分的に反対であり、電荷ゾーン（１８０）が前記第１の層及び／又は第２の層の前記主面（１１２、１２２）に沿って形成され、前記電荷ゾーンが、少なくとも前記第２の材料（１２１）が前記１つの分極状態であるときに導電性であり、
前記第２の材料（１２１）の前記１つの分極状態が第１の分極状態であり、前記第２の材料（１２１）の第２の分極状態における前記第２の材料（１２１）の前記分極の前記方向が、前記第１の方向に少なくとも部分的に整合され、
前記電子部品が、少なくとも領域において、前記第２の層の前記第２の材料（１２１）を前記第１の分極状態に設定するように構成されている、電子部品（２００、３００、５００）。
【請求項4】
前記第１の層（１１０）及び／又は前記第２の層（１２０）の前記主面（１１２、１２２）に沿った電荷ゾーン（１８０）の電荷担体密度が、１０１２ｃｍ－２超、若しくは１０１３ｃｍ－２超、若しくは６×１０１３ｃｍ－２超であるか、又は
１０１３ｃｍ－２～８００×１０１３ｃｍ－２の範囲、若しくは６×１０１３ｃｍ－２～８００×１０１３ｃｍ－２の範囲、若しくは１０×１０１３ｃｍ－２～８００×１０１３ｃｍ－２の範囲であり、
前記第２の材料（１２１）が前記１つの分極状態にある、請求項１～３のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項5】
第１の材料（１１１）が、少なくとも１つのＩＩＩ族元素を含む窒素化合物であり、及び／又は前記第２の材料（１２１）が、少なくとも１つのＩＩＩ族元素を含む窒素化合物である、請求項１～４のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項6】
前記第２の材料（１２１）が、１つ以上のＩＩＩ族元素を含み、遷移金属を更に含む窒素化合物である、請求項１～５のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項7】
前記第２の材料（１２１）の窒素化合物中の前記遷移金属の化学量論比率が、前記窒素化合物中の前記１つ以上のＩＩＩ族元素と前記遷移金属の総化学量論比率の１０％～５０％である、請求項６に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項8】
前記第１の材料（１１１）が、ＧａＮ、ＧａＳｃＮ、ＡｌＳｃＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＳｃＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＳｃＮのうちの１つである、及び／又は前記第２の材料（１２１）が、ＡｌｓｃＮ、ＡｌＧａＳｃＮ、ＧａＳｃＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＭｇＮｂＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＳｃＮのうちの１つである、
請求項１～７のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項9】
前記第２の材料（１２１）／前記第１の材料（１１１）の組合せが、ＡｌＳｃＮ／ＧａＮ、ＡｌＳｃＮ／ＧａＳｃＮ、ＡｌＧａＳｃＮ／ＧａＮ、ＧａＳｃＮ／ＡｌＳｃＮ、ＧａＳｃＮ／ＡｌＮ、ＡｌＳｃＮ／ＩｎＧａＮ、ＡｌＳｃＮ／ＩｎＧａＳｃＮ、ＡｌＭｇＮｂＮ／ＧａＮのうちの１つである、請求項１～８のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項10】
前記第２の材料（１２１）が、前記第２の材料（１２１）の前記分極（１２５）の前記方向を変更できるように強誘電性であり、前記第２の材料（１２１）ｉの前記１つの分極状態が第１の分極状態であり、前記第２の材料（１２１）の第２の分極状態における前記第２の材料（１２１）の前記分極の前記方向が、前記第１の方向に少なくとも部分的に整合される、請求項１～９のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項11】
前記第１の層（１１０）及び／又は前記第２の層（１２０）の前記主面（１１２、１２２）に沿った電荷ゾーン（１８０）の電荷担体密度が、前記第２の材料（１２１）が前記第２の分極状態であるときよりも前記第２の材料（１２１）が前記第１の分極状態であるときにより高くなる、請求項１０に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項12】
前記第１の層（１１０）と前記第２の層（１２０）との間に配置され、ウルツ鉱型結晶構造を有する第３の層（３３０）を更に備える、請求項２～１１のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項13】
前記第２の層（１２０）が、５０ｎｍ未満の厚さを有する、請求項１～１２のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項14】
ソース接点（３７２）及びドレイン接点（３７４）を更に備え、前記電荷ゾーン（１８０）が、前記ソース接点（３７２）と前記ドレイン接点（３７４）との間に直列で配置されている、請求項１～１３のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項15】
ゲート電極（３７０）を更に備え、前記第２の層（１２０）が、前記第１の層（１１０）と前記ゲート電極（３７０）との間に配置されている、請求項１～１４のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項16】
前記ゲート電極（３７０）が、領域においてのみ前記第２の層（１２０）に対向して配置されている、請求項１５に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項17】
前記ゲート電極（３７０）と前記第２の層（１２０）との間に配置されている電気絶縁層（４７８）を更に備える、請求項１５又は請求項１６に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項18】
前記第２の材料（１２１）の前記分極の前記方向を変更できるように、前記第２の材料（１２１）が強誘電性であり、前記第２の材料（１２１）の前記１つの分極状態は第１の分極状態であり、前記第２の材料（１２１）の第２の分極状態における前記第２の材料（１２１）の前記分極の前記方向が、前記第１の方向に少なくとも部分的に整合され、前記ゲート電極（３７０）が、少なくとも前記ゲート電極（３７０）に対向する前記第２の層（１２０）の領域（３２４）において、第１の極性を有する第１の電圧を前記ゲート電極に印加することによって前記第２の材料（１２１）を前記第１の分極状態に設定し、少なくとも前記ゲート電極に対向する前記第２の層（１２０）の前記領域（３２４）において、第２の極性を有する第２の電圧を前記ゲート電極（３７０）に印加することによって前記第２の材料（１２１）を前記第２の分極状態に設定するように構成されている、請求項１５～１７のいずれか一項に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項19】
前記第２の材料（１２１）が、電圧が前記ゲート電極（３７０）に印加されていない前記電子部品の状態において、直近に設定された分極状態を維持するように構成されている、請求項１８に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項20】
前記第１の材料の前記分極の前記方向が、前記第２の極性が負極性になるように配向されている、請求項１８又は請求項１９に記載の電子部品（１００、２００、３００、５００）。
【請求項21】
請求項１～２２のいずれか一項に記載の電子部品の制御方法であって、前記第２の層（１２０）の少なくとも１つの領域において、前記第２の材料（１２１）を前記１つの分極状態に設定する工程を含む、方法。
【請求項22】
前記第２の材料（１２１）が、前記第２の材料（１２１）の前記分極の前記方向を変更できるように強誘電性であり、前記第２の材料（１２１）の前記１つの分極状態が第１の分極状態であり、前記第２の材料（１２１）の第２の分極状態における前記第２の材料（１２１）の前記分極の前記方向が、前記第１の方向に少なくとも部分的に整合され、前記電子部品がゲート電極（３７０）を更に備え、前記第２の層（１２０）が、前記第１の層（１１０）と前記ゲート電極（３７０）との間に配置され、前記第２の材料を前記第１の分極状態に設定する前記工程が、
少なくとも前記ゲート電極（３７０）に対向する前記第２の層（１２０）の領域（３２４）において、前記第２の材料（１２１）を前記第１の分極状態に設定するために、第１の極性を有する第１の電圧を前記ゲート電極に印加する工程を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項23】
電子部品の製造方法（６０、７０）であって、第１の層（１１０）及び第２の層（１２０）を配置する工程（６１）を含み、
前記第２の層（１２０）の主面（１２２）が、前記第１の層（１１０）の主面（１１２）に対向して配置され、
前記第１の層（１１０）が第１の材料（１１１）を含み、前記第２の層（１２０）が第２の材料（１２１）を含み、前記第２の材料（１２１）が少なくとも１つの分極状態を有し、
前記第１の材料（１１１）の分極が、第１の方向を向き、
電荷ゾーン（１８０）が前記第１の層（１１０）及び／又は前記第２の層（１２０）の前記主面（１１２、１２２）に沿って形成されるように、少なくとも前記第２の材料（１２１）の前記１つの分極状態における前記第２の材料（１２１）の前記分極の前記方向が、前記第１の方向と少なくとも部分的に反対であり、前記電荷ゾーンが、少なくとも前記第２の材料（１２１）が前記１つの分極状態であるときに導電性である、方法（６０、７０）。
【請求項24】
前記第１の層（１１０）及び前記第２の層（１２０）を配置する工程（６１）が、前記第１の層及び前記第２の層を堆積することを含み、堆積することが、前記第１の層及び前記第２の層を堆積した後、前記第２の材料（１２１）が前記１つの分極状態であるように行われる、請求項２３に記載の方法（６０）。
【請求項25】
前記第２の材料（１２１）が、前記第２の材料（１２１）の分極の前記方向を変更できるように強誘電性であり、前記第２の材料（１２１）の前記１つの分極状態が第１の分極状態であり、前記第２の材料（１２１）の第２の分極状態における前記第２の材料（１２１）の前記分極の前記方向が、前記第１の方向に少なくとも部分的に整合され、前記方法が、少なくとも領域において、前記第２の材料（１２１）を前記第１の分極状態に設定するために、前記第１の層又は前記第２の層の前記主面（１１２、１２２）に少なくとも部分的に垂直である方向に、前記第２の材料（１２１）に電界を印加する工程（７３）を更に含む、請求項２３に記載の方法（７０）。
【請求項26】
ゲート電極を配置する工程（７２）であって、少なくとも領域において、前記第２の層（１２０）が前記第１の層と前記ゲート電極との間に配置される、工程を更に含み、前記第２の材料（１２１）に前記電界を印加する前記工程（７３）が、電圧を前記ゲート電極に印加することによって実行される、請求項２５に記載の方法（７０）。
【請求項27】
前記第２の材料が、少なくとも領域において前記第１の分極状態に設定された後、前記ゲート電極を少なくとも部分的に除去する工程（７４）を更に含む、請求項２６に記載の方法（７０）。
【請求項28】
前記ゲート電極を除去する工程（７４）が、部分的にのみ行われ、前記電圧が第１の電圧であり、前記方法が、少なくとも領域において、前記第２の材料（１２１）を前記第２の分極状態に設定するために、前記ゲート電極の前記部分的除去後、第２の電圧を前記ゲート電極に印加する工程（７５）を更に含む、請求項２７に記載の方法（７０）。
【国際調査報告】