(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャネル層と、
前記チャネル層上のコンタクト兼バリア層であって、その表面に複数のインジウム凝集体を露出させたインジウムアルミニウムナイトライドを含むコンタクト兼バリア層と、
を備えたトランジスタ素子。
【請求項２】
前記コンタクト兼バリア層は、エピタキシャル層である請求項１記載のトランジスタ素子。
【請求項３】
前記複数のインジウム凝集体のうちの少なくとも１つに接触した前記コンタクト兼バリア層上の少なくとも１つの金属コンタクトを備えた請求項１または２に記載のトランジスタ素子。
【請求項４】
前記チャネル層は、窒化ガリウムである請求項１〜３のいずれか１つに記載のトランジスタ素子。
【請求項５】
前記複数のインジウム凝集体は、前記コンタクト兼バリア層の表面下に延在する請求項１〜４のいずれか１つに記載のトランジスタ素子。
【請求項６】
前記複数のインジウム凝集体は、前記コンタクト兼バリア層の表面に不規則に分布する請求項１〜５のいずれか１つに記載のトランジスタ素子。
【請求項７】
前記複数のインジウム凝集体は、前記コンタクト兼バリア層の表面において、それぞれ１０ナノメートル以上、３５０ナノメートル以下の範囲の直径を有する請求項１〜６のいずれか１つに記載のトランジスタ素子。
【請求項８】
前記コンタクト兼バリア層は、インジウム凝集体を含まない下層と、その表面に複数のインジウム凝集体を露出させた上層と、を含む請求項１〜７のいずれか1つに記載のトランジスタ素子。
【請求項９】
前記下層は、前記上層よりも厚い請求項８記載のトランジスタ素子。
【請求項１０】
基板と、
前記基板と、前記チャネル層と、の間のバッファ層と、
をさらに備えた請求項１〜９のいずれか１つに記載のトランジスタ素子。
【請求項１１】
前記コンタクト兼バリア層上の絶縁層と、
前記絶縁層上のゲート構造と、
をさらに備えた請求項１〜１０のいずれか１つに記載のトランジスタ素子。
【請求項１２】
チャネル層を形成し、
複数のインジウム凝集体をインジウムアルミニウムナイトライドの表面に露出させる成長条件を用いて、コンタクト兼バリア層を前記チャネル層上に形成するトランジスタ素子の製造方法。
【請求項１３】
前記コンタクト兼バリア層の形成は、３族前駆体の流量に対する５族前駆体の流量の比が窒化インジウムを形成するための３族前駆体の流量に対する５族前駆体の流量の比よりも小さく、インジウム前駆体の流量がアルミニウム前駆体の流量よりも多いＭＯＣＶＤ法を用いたインジウムアルミニウムナイトライドのエピタキシャル成長を含む請求項１２記載のトランジスタ素子の製造方法。
【請求項１４】
前記コンタクト兼バリア層の形成は、３族前駆体の流量に対する５族前駆体の流量の比が１４００以下であり、インジウム前駆体の流量がアルミニウム前駆体の流量の４倍よりも多いＭＯＣＶＤ法を用いたインジウムアルミニウムナイトライドのエピタキシャル成長を含む請求項１２記載のトランジスタ素子の製造方法。
【請求項１５】
前記コンタクト兼バリア層の形成は、３族前駆体の流量に対する５族前駆体の流量の比が１４０４．２であり、インジウム前駆体の流量がアルミニウム前駆体の流量の４．５倍であるＭＯＣＶＤ法を用いたインジウムアルミニウムナイトライドのエピタキシャル成長を含む請求項１２記載のトランジスタ素子の製造方法。
【請求項１６】
前記コンタクト兼バリア層の形成は、３族前駆体の流量に対する５族前駆体の流量の比が１４０４．２であり、アンモニアの流量が２．２３×１０５μｍｏｌ／ｍｉｎ、トリメチルアルミニウムの流量が２９．０μｍｏｌ／ｍｉｎ、および、トリメチルインジウムの流量が１２９．８μｍｏｌ／ｍｉｎであるＭＯＣＶＤ法を用いたインジウムアルミニウムナイトライドのエピタキシャル成長を含む請求項１２記載のトランジスタ素子の製造方法。
【請求項１７】
前記複数のインジウム凝集体のうちの少なくとも１つに接する少なくとも１つの金属コンタクトを前記コンタクト兼バリア層上に形成することをさらに備える請求項１２〜１６のいずれか１つに記載のトランジスタ素子の製造方法。
【請求項１８】
前記チャネル層の形成は、窒化ガリウム層のエピタキシャル成長を含む請求項１２〜１７のいずれか１つに記載のトランジスタ素子の製造方法。
【請求項１９】
前記コンタクト兼バリア層の形成は、インジウム凝集体が形成されない第１の成長条件により、インジウムアルミニウムナイトライドの第１の部分を形成し、
前記複数のインジウム凝集体を露出させる第２の成長条件により、インジウムアルミニウムナイトライドの第２部分を形成することを含む請求項１２〜１８のいずれか１つに記載のトランジスタ素子の製造方法。
【請求項２０】
前記第１部分を前記第２部分よりも厚く形成する請求項１９記載のトランジスタ素子の製造方法。
【請求項２１】
前記第２部分の厚さは、１００オングストローム以上である請求項２０記載のトランジスタ素子の製造方法。
【請求項２２】
前記第１部分の厚さは、前記コンタクト兼バリア層の全厚さの３分の２であり、
前記第２部分の厚さは、前記コンタクト兼バリア層の全厚さの３分の１である請求項２０または２１に記載のトランジスタ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、トランジスタ素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の１つであり、チャネル層と、バリア層と、の間に形成されたヘテロ接合を有する。バリア層の電子親和度は、チャネル層の電子親和度よりも小さい。３族窒化物ＨＥＭＴのチャネル層では、チャネル−バリア界面における分極電界の不整合に起因して２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が形成される。そして、２ＤＥＧは、高い電子移動度を有し、高速スイッチングを実現する。通常、デプレッションモードで動作するＨＥＭＴデバイスは、ゲートに負のバイアス電圧を印加して２ＤＥＧを空乏化させることにより、ターンオフさせる。３−５族ＨＥＭＴは、アルミニウム、ガリウムおよびインジュウム等の３族元素と、窒素、リンおよび砒素等の５族元素と、を材料とする。
【０００３】
図１は、従来構造のＨＥＭＴ素子の断面図である。基板１１０は、シリコン、炭化シリコン、サファイアまたは他の適当な材料であっても良い。窒化ガリウムと、基板材料と、の間の大きな格子不整合により、基板１１０の上に高品質の窒化ガリウム半導体結晶層を成長することが難しい。そこで、基板１１０の上に、窒化ガリウム、アルミニウムガリウムナイトライド、もしくは、窒化アルミニウムのバッファ層１１２を堆積する。これにより、その後に成長される窒化ガリウム層の結晶構造の規則性を改善することができる。窒化ガリウム（ＧａＮ）のエピタキシャル成長は、バッファ層１１２の上にチャネル層１１４を形成する。次に、バリア層１１６、所謂、電子供給層を、チャネル層１１４上にエピタキシャル成長する。バリア層１１６は、アルミニウムガリウムナイトライド（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）またはインジュウムアルミニウムナイトライド（ＩｎｘＡｌ１−ｘＮ）である。バリア層１１６の上に形成されたコンタクト１２６は、素子のソースおよびドレインとして機能する。バリア層１１６の上に形成された窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）の絶縁層１２８は、ゲート構造とバリア層１１６との間に電流が流れることを防ぐ。ゲート構造１３０は、ニッケルを用いて形成することができる。前述の構造よれば、チャネル層１１４とバリア層１１６との界面におけるチャネル層側に２ＤＥＧが形成され、コンタクト１２６間に電流を流すことができる。基板１１０に対して負電位となるバイアスをゲート構造１３０に印加することにより、２ＤＥＧを空乏化し、コンタクト１２６間の電流を遮断して素子をオフすることができる。
【０００４】
図１（ａ）の実施形態によれば、コンタクト１２６は、多層の異なる金属を含む。コンタクト１２６は、エッチングした表面に金属を堆積することにより形成される。第１コンタクト層１１８のチタンは、熱処理の間にバリア層１１６の窒素原子を引き出し、バリア層１１６に空孔を形成する。そして、第１コンタクト層とバリア層１１６の間の界面において、窒化チタニウムと、アルミニウムおよびチタニウムの合金と、を形成する。これにより、第１コンタクト層１１８と、バリア層１１６と、の間に電気的なコンタクトが形成される。コンタクト１２６は、アルミニウムの第２コンタクト層１２０と、ニッケルの第３コンタクト層と、金の第４コンタクト層１２４と、をさらに含む。金は、チタニウム層およびアルミニウム層の酸化を防ぎ、第３コンタクト層１２２のニッケルは、チタニウウム層およびアルミニウム層への金の拡散を防ぐ拡散バリアとして機能する。コンタクト１２６は、通常、７００〜８００℃の温度でアニールされる。
【０００５】
ＩｎｘＡｌ１−ｘＮのバリア層は、８５％以上のアルミニウムを含むことができ、それに対応する大きなバンドギャップを有する（Ｅｇ＞５．０ｅＶ）。ＩｎｘＡｌ１−ｘＮバリア層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮのバリア層よりもキャリア濃度が高く、シート抵抗が低い。また、強いピエゾ電界を有するＡｌｘＧａ１−ｘＮバリア層とは対照的に、ＩｎｘＡｌ１−ｘＮバリア層は、ピエゾ電界効果を有しない。これにより、ＩｎｘＡｌ１−ｘＮバリア層を有する素子は、高電圧のパワーエレクトロニクス分野に適する。しかし、図１（ｂ）に示すように、大きなバンドギャップを有するＩｎｘＡｌ１−ｘＮは、ＩｎｘＡｌ１−ｘＮバリア層と、第１コンタクト層１１８の金属と、の界面において、電子の流れに対する高い障壁を形成する。ここで、ＥＣは伝導帯のバンド端、ＥＶは価電子帯のバンド端、ＥＦはフェルミレベルである。このため、ＩｎｘＡｌ１−ｘＮにオーミックコンタクトを形成することは、ＧａＮまたはＡｌｘＧａ１−ｘＮよりも難しく、コンタクト１２６の信頼性および再現性は、それほど高くない。熱的、化学的に安定なＩｎｘＡｌ１−ｘＮは、金属コンタクトの熱処理による合金の形成を抑制もしくは阻害し、オーミックコンタクトの代わりに僅かな整流性を有するコンタクト（すなわち、非直線性もしくはショットキコンタクト）を残す。図１（ｃ）に示すように、オーミックコンタクトは、直線的な電流電圧特性１５０を示し、ショットキコンタクトは、非直線的な電流電圧特性１５２を示す。
【０００６】
図２（ａ）は、別の従来例に係るＨＥＭＴ素子の構造を示す断面図である。図２（ａ）に示す素子は、バリア層１１６とコンタクト１２６との間にキャップ層１３２を有する。図示したように、キャップ層１３２は、ＧａＮである。また、インジウムナイトライド（ＩｎＮ）もしくはインジウムガリウムナイトライド（ＩｎｘＧａ１−ｘＮ）のようなＩｎｘＡｌ１−ｘＮよりもバンドギャップが小さい他の材料であっても良い。図２（ｂ）は、ＧａＮチャネル層１１４と、バリア層１１６と、キャップ層１３２と、の間のバンドギャップの関係を示している。ここで、ＥＣは伝導帯のバンド端、ＥＶは価電子帯のバンド端、ＥＦはフェルミレベルである。キャップ層１３２は、そのバンドギャップが小さいために、コンタクト層１１８との間に、ＩｎｘＡｌ１−ｘＮのバリア層１１６よりも信頼性が高く、再現性も良いコンタクトを形成する。しかし、素子構造にキャップ層１３２を含ませるには、その製作過程においてエピタキシャル成長のステップを付加する必要がある。さらに、キャップ層１３２とバリア層１１６との間の極性の違いにより、両者の界面に２ＤＥＧを遮蔽する固定電荷が形成され、２ＤＥＧのシート抵抗が減少することがある。そして、素子特性を劣化させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
トランジスタ素子では、信頼性の高い金属コンタクトを形成することが求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
トランジスタは、基板と、基板上のバッファ層と、バッファ層上のチャネル層と、チャネル層上のコンタクト兼バリア層と、を含む。コンタクト兼バリア層は、インジウムアルミニウムナイトライドであり、その表面に露出された複数のインジウム凝集体を有する。複数のインジウム凝集体は、コンタクト兼バリア層の表面上に広がり、コンタクト兼バリア層の内部にも広がる。そして、コンタクト兼バリア層の表面をつなぐ。コンタクト兼バリア層の表面をつないだ複数のインジウム凝集体は、信頼性および再現性の良い電気特性を有する金属コンタクトをコンタクト兼バリア層上に直接形成することを可能とする。コンタクト兼バリア層は、ＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Vapor Deposition process）を用いてエピタキシャル成長される。その成長は、５族前駆体（precursor）の３族前駆体に対する比が小さく、インジウム前駆体の流量が、アルミニウム前駆体の流量よりも多い条件で行われる。
【０００９】
トランジスタの製造方法は、複数のインジウム凝集体がコンタクト兼バリア層の表面に露出する成長条件で、チャネル層上にインジウムアルミニウムナイトライドのコンタクト兼バリア層を形成することを含む。複数のインジウム凝集体は、コンタクト兼バリア層の表面上に広がり、コンタクト兼バリア層の内部にも広がる。そして、コンタクト兼バリア層の表面をつなぐ。一実施形態では、５族前駆体（precursor）の３族前駆体に対する比が小さく、インジウム前駆体の流量が、アルミニウム前駆体の流量よりも多い成長条件のＭＯＣＶＤ法を用いてコンタクト兼バリア層を形成する。トランジスタの製造方法は、１以上の金属コンタクトをコンタクト兼バリア層上に直接形成することを含む。一実施形態において、コンタクト兼バリア層の形成は、インジウムアルミニウムナイトライドのインジウム凝集体を有しない第１の部分のエピタキシャル成長、および、第１の部分の上に複数のインジウム凝集体を含むインジウムアルミニウムナイトライドの第２の部分をエピタキシャル成長することを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は、従来例に係るＨＥＭＴ素子の断面図である。（ｂ）は、金属、半導体界面におけるインジウムアルミニウムナイトライドの広いバンドギャップが電子の流れに及ぼす効果を表わす模式図である。（ｃ）は、オーミック電流電圧特性と、ショットキ電流電圧特性を表わす模式図である。
【図２】（ａ）は、別の従来例に係るＨＥＭＴ素子の構造を表わす断面図である。（ｂ）は、図２（ａ）に示すＨＥＭＴ素子のバンド図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係るインジウムを含むコンタクト兼バリア層を有するＨＥＭＴ素子の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るインジウムを含むコンタクト兼バリア層を拡大した上面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るインジウムを含むコンタクト兼バリア層の形成におけるトリエチルインジウムの流量とアンモニアの流量との関係を表わすグラフである。
【図６】（ａ）は、本発明の一実施形態に係るインジウムを含むコンタクト兼バリア層の電気的特性をテストするための金属コンタクトを有する上面図である。（ｂ）は、インジウムを含むコンタクト兼バリア層の電流電圧特性のグラフであり、（ｃ）は、通常のインジウムアルミニウムナイトライドバリア層の電流電圧特性のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図３（ａ）は、本発明の一実施形態に係るＨＥＭＴ素子の一部の断面図である。半導体基板３０６上のバッファ層３０８の上に窒化ガリウムをエピタキシャル成長し、チャネル層３１０を形成する。半導体基板３０６は、シリコン、炭化シリコン、サファイアまたは他の適当な材料である。バッファ層３０８は、堆積された窒化ガリウム、アルミニウムガリウムナイトライドまたは窒化アルミニウムであり、その後に成長される窒化ガリウムチャネル層３１０の結晶構造の質を向上させる。
【００１２】
図３（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るインジウムを含むコンタクト兼バリア層を有するＨＥＭＴ素子の一部の断面図である。インジウムを含むコンタクト兼バリア層３１２は、チャネル層３１０の上にエピタキシャル成長される。コンタクト兼バリア層３１２は、その上面近傍に位置するインジウム凝集体３１４を有するＩｎｘＡｌ１−ｘＮである。インジウム凝集体３１４は、クラスターまたは島状に形成される金属インジウムであり、コンタクト兼バリア層３１２の上方に僅かに突出すると共に、コンタクト兼バリア層３１２の中に延在し、コンタクト兼バリア層の表面をつないでいる。インジウム凝集体３１４のそれぞれの上面は、コンタクト兼バリア層３１２の表面に露出される。
【００１３】
以下に説明するように、インジウム凝集体３１４は、コンタクト兼バリア層３１２のエピタキシャル成長の条件を調整し、３族前駆体の流量に対する５族前駆体の流量の比を小さくし、インジウム前駆体の流量をアルミニウム前駆体の流量よりも大きくすることにより形成される。一実施形態では、トリメチルインジウム（(CH3)3InもしくはＴＭＩｎ）の流量、および、トリメチルアルミニウム（(CH3)3AlもしくはＴＭＡｌ）の流量を合わせた流量に対するアンモニア（NH3）の流量の比が、例えば、１４００程度と小さく、トリメチルインジウムの流量がトリメチルアルミニウムの流量よりも大きい成長条件を設定したＭＯＣＶＤ法により、コンタクト兼バリア層３１２をエピタキシャル成長する。これらの成長条件では、いくつかのインジウム原子がコンタクト兼バリア層３１２の表面をつなぐインジウム凝集体３１４の形成に寄与する。それぞれのインジウム凝集体３１４は、コンタクト兼バリア層３１２の表面上に露出され、且つ、その表面下に延在する。
【００１４】
一実施形態では、コンタクト兼バリア層３１２を成長する過程において、Veeco Instruments Incのa K465iTMＭＯＣＶＤシステムを用いる。コンタクト兼バリア層３１２の形成に使用される前駆体材料は、トリメチルアルミニウム、トリエチルインジウムおよびアンモニアを含む。一実施形態において、インジウム凝集体３１４を含むコンタクト兼バリア層３１２を形成するために、a K465iTMシステムに設定されるエピタキシャル成長条件を表１に示す。
【００１５】
【表１】
0005978269.tif 000002
【００１６】
表１の成長条件は、V／III比１４０４．２に対応する。V／III比は、ＭＯＣＶＤシステムの成長室に流入する３族前駆体に対する５族前駆体の比である。表１の値において、アンモニアの流量を、トリメチルアルミニウムの流量およびトリメチルインジウムの流量を合わせた流量で除したV／III比は、１４０４．２である。３族窒化物材料のＭＯＣＶＤエピタキシャル成長において、V／III比１４０４．２は、小さい値である。ＭＯＣＶＤ法を用いて窒化ガリウム（ＧａＮ）を成長するためのV／III比は、通常、５，０００から１０，０００の範囲であり、窒化インジウム（InN）を成長するためのV／III比は、通常、２０，０００以上である。このように、インジウムアルミニウムナイトライドを成長するための１４００程度もしくはそれ以下のV／III比は、小さいと考えられる。具体的には、窒化インジウムや別のインジウムを含む材料を成長するための、通常のV／III比と比較して、その値は小さい。ＭＯＣＶＤ法により成長されたインジウムアルミニウムナイトライド層３１２にインジウム凝集体３１４を形成するためには、小さいV/III比に加えて、インジウム前駆体の流量をアルミニウム前駆体の流量よりも大きくするべきである。表１の成長条件では、アルミニウム前駆体に対するインジウム前駆体の流量比は、４．５である。表１に示した以外のＴＭＡｌ前駆体、ＴＭＩｎ前駆体およびＮＨ３前駆体の値を用いた他の成長条件でも、V／III比を１４００程度もしくはそれ以下とし、アルミニウムに対するインジウムの比を４程度もしくはそれ以上とすることにより、インジウム凝集体３１４を形成することができる。
【００１７】
一実施形態では、コンタクト兼バリア層３１２の表面をつなぐインジウム凝集体３１４を形成する条件を用いて、コンタクト兼バリア層３１２の全体をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長する。別の実施形態では、インジウム凝集体３１４を生じさせないＩｎｘＡｌ１−ｘＮの通常の成長条件を用いて、コンタクト兼バリア層３１２の第１の部分をＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長する。そして、ＭＯＣＶＤ法の成長条件を調整し、コンタクト兼バリア層３１２の表面をつなぐインジウム凝集体３１４を有する追加の部分を成長する。この実施形態おいて、ＩｎｘＡｌ１−ｘＮの通常の成長条件を用いるコンタクト兼バリア層３１２の第１の部分の成長では、インジウム凝集体３１４を形成する小さなV／III比の成長条件とするために必要な流量よりも低いＴＭＩｎの流量が用いられる。したがって、コンタクト兼バリア層３１２の通常の成長条件を用いる部分の成長におけるＴＭＩｎ材料の全量は、インジウム凝集体３１４が形成される条件下でコンタクト兼バリア層３１２の全体を成長する場合よりも少ない。上に示す表１の成長条件下では、インジウム凝集体３１４が形成されるように、コンタクト兼バリア層３１２の最小の厚さを約１００オングストロームとする。一実施形態では、コンタクト兼バリア層の望ましいトータル厚が、３００オングストロームである場合、ＩｎｘＡｌ１-ｘＮの通常の成長条件を用いて２００オングストロームの第１の部分３１５を成長し、次に、インジウム凝集体が形成される成長条件に変更して、その表面をつなぐインジウム凝集体を有する１００オングストロームのＩｎｘＡｌ１−ｘＮである第２の部分３１３を成長する。
【００１８】
図３は、一実施形態に係るインジウムを含むコンタクト兼バリア層の上に形成された金属コンタクトを有するＨＥＭＴ素子の部分断面図である。金属コンタクト３１６は、ソースおよびドレインとして機能する。一実施形態では、金属コンタクト３１６は、複数の金属層、例えば、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕを含む。インジウム凝集体３１４は、３次元の金属−半導体界面を形成し、金属コンタクト３１６の安定なオーミック接触を実現する。コンタクト兼バリア層３１２の表面の上に露出したインジウム凝集体の一部は、その上に形成されるソースもしくはドレインコンタクトに金属間接触を形成し、コンタクト兼バリア層３１２の表面下に位置して、その内部に包含されるインジウム凝集体３１４の本体は、ＩｎｘＡｌ１−ｘＮに対するコンタクトを形成する。インジウム凝集体３１４は、金属コンタクト３１６に対しオーミック接触を形成し、金属コンタクト３１６と、コンタクト兼バリア層３１２と、の間の全体的な電流−電圧特性の直線性を改善する。
【００１９】
図３（ｄ）は、一実施形態に係るインジウムを含むコンタクト兼バリア層を有するＨＥＭＴ素子の断面図である。図３（ｄ）に示す工程では、コンタクト３１６の間に絶縁層３１８を堆積する。絶縁層３１８は、窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）、または、酸化アルミニウムもしくは酸化ハフニウムなどの他の材料であっても良い。エッチングに続く堆積工程により、絶縁層３１８上にゲート構造３２０を形成する。コンタクト兼バリア層３１２中のインジウム凝集体３１４は、ゲート構造３２０に電圧を印加した時、チャネル層３１０中の２ＤＥＧ形成を阻害しない。
【００２０】
図４は、一実施形態に係るインジウムを含むコンタクト兼バリア層の表わす拡大した上面図である。図４に示す実施形態では、インジウムを含むコンタクト兼電子供給層４１０の表面の上に露出され突出したインジウム凝集体４１２が見られる。インジウム凝集体４１２は、ＴＥＭ（transmission electron microscopy）、ＡＦＭ（atomic force microscopy）、または、その表面を高倍率で示す類似の技術を持いて、インジウムを含むコンタクト兼バリア層４１０中に観察することができる。
【００２１】
インジウム凝集体４１２は、コンタクト兼バリア層４１０の表面に実質的にランダムに分布する。インジウム凝集体４１２は、コンタクト兼バリア層４１０の表面における直径が１０ナノメートルから３５０ナノメートルの範囲にある様々な大きさを有する。インジウム凝集体４１２のサイズおよびその数は、コンタクト兼バリア層４１０のどの部分においても、１以上のインジウム凝集体４１２の上に金属コンタクトが高確率で形成されるように、コンタクト兼バリア層４１０の表面に跨って分布する。それぞれのインジウム凝集体４１２は、その上に堆積された金属コンタクト層にオーミック接触する。
【００２２】
図５は、一実施形態に係るインジウムを含むコンタクト兼バリア層の形成におけるトリメチルインジウムの流量と、アンモニアの流量と、の関係を表わすグラフである。図５の縦軸および横軸は、同じスケールではない。図５中の斜線部分５１０は、コンタクト兼バリア層の表面をつなぐインジウム凝集体を有するインジウムアルミニウムナイトライドを形成するためのＭＯＣＶＤ法のプロセスウインドウを表わしている。一実施形態では、アンモニア（ＮＨ３）と、トリメチルアルミニウム（ＴＭＩ）およびトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を前駆体の材料とするＭＯＣＶＤ法により、インジウム凝集体３１４を含むコンタクト兼バリア層３１２（図３参照）をエピタキシャル成長する。
【００２３】
そのような工程では、所定のアンモニア流量に対してトリメチルインジウムの流量を増加させることにより。インジウム凝集体３１４を形成するための、例えば、約１４００もしくはそれ以下の低V／III比を得ることができる。トリメチルインジウムの所定の流量に対し、インジウム凝集体３１４を形成するための低V／III比を得るために、アンモニアの流量を減らしても良い。コンタクト兼バリア層３１２の成長に用いられる具体的な低V／III比は、インジウム凝集体３１４の望ましい量、具体的な成長過程、および、具体的な成長装置に依存して変化しても良い。
【００２４】
図６（ａ）は、一実施形態に係る上面図であり、電気的特性を検査するための金属コンタクトを備えたインジウムを含むコンタクト兼バリア層６１０を表している。図３（ｂ）〜３（ｄ）に示すコンタクト兼バリア層３１２のように、コンタクト兼バリア層６１０は、その表面に露出するインジウム凝集体（図６Ａ中に図示しない）を含む。図６（ａ）の実施形態では、コンタクトのそれぞれは、積層された金属層Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕである。図６（ｂ）は、インジウムを含むコンタクト兼バリア層６１０の電流−電圧特性を示すグラフである。図６（ｂ）は、図６（ａ）中にＡ、Ｂ、ＣおよびＤで示した４つのＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕコンタクトであって、コンタクト兼バリア層６１０の表面上に形成された４つのＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕコンタクト間における異なる１０の電流レベルに対する電圧の測定値を表わしている。図示したように、コンタクト兼バリア層６１０の電流−電圧特性は、実質的に線型であり、オーミック接触であることを示している。オーミック接触は、与えられる電流もしくは電圧に対し、非線型の電流−電圧特性を有するショットキ接触よりも予見可能性および信頼性の高い特性を示す。また、同じ電流レベルにおける異なるコンタクトペア間の電圧測定値のばらつきが小さく、コンタクト兼バリア層６１０上に形成されたコンタクトの特性の再現性が良いことを示している。
【００２５】
図６（ｃ）は、インジウム凝集体を含まない通常のインジウムアルミニウムナイトライドの電流−電圧特性を示すグラフである。図６（ｃ）は、図６（ａ）のコンタクト兼バリア層６１０と同じ寸法を有する通常のＩｎｘＡｌ１−ｘＮバリア層上に形成された４つのＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕコンタクト間の異なる１０の電流レベルに対する電圧値を示している。それらの電流レベルは、図６（ｂ）に示す電圧値の測定と同じレベルである。図６（ｂ）および図６（ｃ）のグラフを比べると、インジウム凝集体を含まない通常のＩｎｘＡｌ１−ｘＮバリア層の電流−電圧特性は、コンタクト兼バリア層６１０のように線型ではなく、予見可能性および信頼性が低いことが分かる。また、同じ電流値に対する異なるコンタクトペア間の電圧測定値のばらつきが、図６（ａ）に示すばらつきよりも大きく、通常のＩｎｘＡｌ１−ｘＮバリア層上のコンタクトの特性は、インジウム凝集体を含むコンタクト兼バリア層上に形成されたコンタクトの特性よりも再現性が低いことを示している。このように、インジウム凝集体を含むコンタクト兼バリア層６１０は、ＨＥＭＴ素子のソースおよびドレインの金属コンタクトに対し、インジウム凝集体を含まない通常のＩｎｘＡｌ１−ｘＮバリア層よりも信頼性および再現性が良いことが分かる。
【符号の説明】
【００２６】
１１０・・・基板、  １１２、３０８・・・バッファ層、  １１４、３１０・・・チャネル層、  １１６・・・バリア層、  １１８・・・第１コンタクト層、  １２０・・・第２コンタクト層、  １２２・・・第３コンタクト層、  １２４・・・第４コンタクト層、  １２６、３１６・・・コンタクト、  １２８、３１８・・・絶縁層、  １３０、３２０・・・ゲート構造、  １３２・・・キャップ層、  １５０、１５２・・・電流電圧特性、  ３０６・・・半導体基板、  ３１２、４１０、６１０・・・コンタクト兼バリア層、  ３１３・・・第２の部分、  ３１４、４１２・・・インジウム凝集体、  ３１５・・・第１の部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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