(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ドーパントでドープされた第１のドープ部分と、
前記第１のドープ部分の上側にある第２のドープ部分であって、前記第１ドーパントとは異なる第２ドーパントでドープされた第２のドープ部分と、
を備え、前記第１のドープ部分における第１ドーパントの濃度は、前記第１のドープ部分と前記第２のドープ部分との境界における第２ドーパントの濃度より高く、
前記第２ドーパントの濃度は、前記第２のドープ部分の少なくとも上側部分において第１ドーパントの濃度より高く、
前記第２のドープ部分は、前記第２ドーパントの傾斜したドーピング濃度を有し、
前記第１ドーパントは鉄であり、
前記第２ドーパントは炭素である半絶縁性ＩＩＩ族窒化物。
【請求項２】
前記第１のドープ部分は鉄ドープ部分であり、前記第２のドープ部分は炭素ドープ部分である請求項１に記載の半絶縁性ＩＩＩ族窒化物。
【請求項３】
前記鉄ドープ部分の鉄のドーピング濃度は、１立方センチメートルあたりの原子数で、１０17個及び１０19個を含む１０17個から１０19個までの範囲にあり、前記炭素ドープ部分の少なくとも上側部分の炭素のドーピング濃度は、１立方センチメートルあたりの原子数で、１０18個以上である請求項２に記載の半絶縁性ＩＩＩ族窒化物。
【請求項４】
前記炭素ドープ部分の少なくとも上側部分の前記炭素のドーピング濃度は、１立方センチメートルあたりの原子数で、１０19個以上である請求項３に記載の半絶縁性ＩＩＩ族窒化物。
【請求項５】
前記第２のドープ部分の上側部分における鉄のドーピング濃度は、１立方センチメートルあたりの原子数で、５ｘ１０15個及び２ｘ１０16個を含む５ｘ１０15個から２ｘ１０16個までの範囲にある請求項２に記載の半絶縁性ＩＩＩ族窒化物。
【請求項６】
請求項１記載の半絶縁性ＩＩＩ族窒化物を、半絶縁性ＩＩＩ族窒化物バッファ層として備える半導体デバイスであって、
前記半導体デバイスは、電界効果トランジスタであり、
前記半絶縁性ＩＩＩ族窒化物バッファ層は、前記第１のドープ部分とは反対側の前記第２のドープ部分上に、チャネル部分をさらに備え、
前記電界効果トランジスタは、
前記第２のドープ部分とは反対側で、前記チャネル部分に隣接する、前記半絶縁性ＩＩＩ族窒化物バッファ層の表面上のバリア層と、
前記半絶縁性ＩＩＩ族窒化物バッファ層とは反対側の、前記バリア層上に位置するソースコンタクトと、ゲートコンタクトと、ドレインコンタクトと、
をさらに備える半導体デバイス。
【請求項７】
前記半絶縁性ＩＩＩ族窒化物バッファ層は、半絶縁性窒化ガリウムバッファ層であり、
前記第１のドープ部分は鉄ドープ部分であり、
前記第２のドープ部分は炭素ドープ部分である
請求項６に記載の半導体デバイス。
【請求項８】
第１ドーパントでドープされた第１のドープ部分と、
前記第１のドープ部分の上側にある第２のドープ部分であって、前記第１ドーパントとは異なる第２ドーパントでドープされた第２のドープ部分と、
を備え、前記第１のドープ部分における第１ドーパントの濃度は、前記第１のドープ部分と前記第２のドープ部分との境界における第２ドーパントの濃度より高く、
前記第２ドーパントの濃度は、前記第２のドープ部分の少なくとも上側部分において第１ドーパントの濃度より高く、
前記第２のドープ部分は、前記第２ドーパントの傾斜したドーピング濃度を有し、
前記第１のドープ部分及び前記第２のドープ部分の組合せが、前記第１ドーパントに起因するメモリ効果を低減し、前記第２ドーパントに起因する欠陥を低減する半絶縁性ＩＩＩ族窒化物。
【請求項９】
前記第１ドーパント及び前記第２ドーパントは、夫々、前記第２のドープ部分において傾斜したドーピング濃度を有する請求項１又は請求項８記載の半絶縁性ＩＩＩ族窒化物。
【請求項１０】
前記第２のドープ部分において、前記第１ドーパントの前記傾斜したドーピング濃度は、前記第１のドープ部分からの距離が増加するにつれて減少し、前記第２ドーパントの前記傾斜したドーピング濃度は、前記第１のドープ部分からの距離が増加するにつれて増加する請求項９記載の半絶縁性ＩＩＩ族窒化物。
【請求項１１】
前記第２のドープ部分は、前記第１のドープ部分からの距離が増加するにつれて増加する前記第２ドーパントの傾斜したドーピング濃度を有する請求項１又は請求項８記載の半絶縁性ＩＩＩ族窒化物。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［技術分野］
本開示は、半絶縁性ＩＩＩ族窒化物及びその製造方法に関し、特に、半絶縁性ＩＩＩ族窒化物（例えば、窒化ガリウム等）、とりわけ半導体デバイスのバッファ層として有用な半絶縁性ＩＩＩ族窒化物の混合ドーピングに関する。
【０００２】
［背景］
窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＩＩＩ族窒化物、及び、関連するＩＩＩ−Ｖ族合金は、半導体デバイス、特に高温用途や高周波用途に非常に望ましい材料である。例えば高周波用途の横型電界効果トランジスタ（ＦＥＴｓ）等の、多くの半導体デバイスにおいて、半絶縁性ＧａＮバッファ層は、非常に望ましい。大面積の天然ＧａＮ基板が不足しているため、ほとんどの場合、半絶縁性ＧａＮは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）又はサファイア等のヘテロエピタキシャル基板上で成長させられる。ヘテロエピタキシャル基板の使用には、ヘテロエピタキシャル基板とＧａＮとの間の格子不整合によって生じる問題がある。よって、ＧａＮは、格子不整合によって生じるテンション又は応力に打ち勝つのに十分な厚さまで成長させられなければならない。また、エピタキシャル成長したＧａＮは不純物を含むため、半絶縁性を持たせるために、ＧａＮは、十分にドープされなければならない。例えば、２００７年１月３０日に発行され、その全内容が本出願に参照によって援用される「半絶縁性ＧａＮ及びその作成方法」と題された米国特許第７，１７０，０９５には、ＧａＮに含まれるドナー不純物に対する補償のために、例えば、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等のような準位の深いアクセプタードーパントを用いる、半絶縁性ＧａＮの作成方法が記載されている。各ドーパントは、一般的に利点と欠点を有する。よって、半絶縁性ＩＩＩ族窒化物に対する改良ドーピング、特に、半絶縁性ＧａＮに対する改良ドーピングが必要である。
【０００３】
［概要］
半絶縁性ＩＩＩ族窒化物及びその製造方法の実施形態を開示する。一実施形態では、半絶縁性ＩＩＩ族窒化物層は、第１ドーパントでドープされた第１のドープ部分と、第１ドーパントとは異なる第２ドーパントでドープされた第２のドープ部分とを備える。第１のドープ部分は、半絶縁性ＩＩＩ族窒化物層の第１の厚さまで延在する。第２のドープ部分は、半絶縁性ＩＩＩ族窒化物層の第１の厚さ辺りから半絶縁性ＩＩＩ族窒化物層の第２の厚さまで延在する。一実施形態では、第１ドーパントは鉄（Ｆｅ）であり、第２ドーパントは炭素である（Ｃ）。別の実施形態では、半絶縁性ＩＩＩ族窒化物層は、半絶縁性窒化ガリウム（ＧａＮ）層であり、第１ドーパントはＦｅであり、第２ドーパントはＣである。
【０００４】
一実施形態では、半絶縁性ＩＩＩ族窒化物層は、半絶縁性ＧａＮ層であり、第１ドーパントはＦｅであり、第２ドーパントはＣである。成長プロセスに起因して、Ｆｅドーピングは、Ｃドープ部分に残留し、Ｃドープ部分の厚さが増すにつれてＦｅドーピングの残留量は減少する。Ｃドープ部分の厚さは、Ｃドープ部分における残留Ｆｅドーピング濃度を、Ｃドープ部分を通じてＦｅドーピングの所定許容残留濃度にまで低減するのに十分な厚さである。Ｃドープ部分が、Ｆｅドーピングの結果として生じるメモリー効果又はトラップの量を低減する一方、Ｆｅドープ部分は、半絶縁性ＧａＮ層を低い転位密度で所望の厚さに成長させることを可能にする。これは、半絶縁性ＧａＮ層が横型電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）（例えば、横型高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ））等の半導体デバイスの半絶縁性ＧａＮバッファ層である場合に、特に有利である。
【０００５】
一実施形態では、半導体デバイスは、半絶縁性ＩＩＩ族窒化物層と、半絶縁性ＩＩＩ族窒化物層上のバリア層と、半絶縁性ＩＩＩ族窒化物層とは反対側のバリア層上のソースコンタクト、ゲートコンタクト、及びドレインコンタクトとを備える。半絶縁性ＩＩＩ族窒化物層は、第１ドーパントでドープされた第１のドープ部分と、第１ドーパントとは異なる第２ドーパントでドープされた第２のドープ部分とを備える。第１のドープ部分は、半絶縁性ＩＩＩ族窒化物層の第１の厚さまで延在する。第２のドープ部分は、半絶縁性ＩＩＩ族窒化物層の第１の厚さ辺りからバリア層へ向けて、半絶縁性ＩＩＩ族窒化物層の第２の厚さまで延在する。一実施形態では、第１ドーパントはＦｅであり、第２ドーパントはＣである。別の実施形態では、半絶縁性ＩＩＩ族窒化物層はＧａＮであり、第１ドーパントはＦｅであり、第２ドーパントはＣである。
【０００６】
当業者は、添付の図面に関連する、以下に記載の好ましい実施形態の詳細な説明を読むことで、本開示の範囲を十分理解し、本開示のさらなる側面を認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を成す添付の図面は、本開示のいくつかの側面を例示するものであり、明細書中の記載とともに本開示の原理を説明する役割を果たす。
【図１】半絶縁性窒化ガリウム（ＧａＮ）基層を備える従来の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の一例を示す。
【図２Ａ−２Ｂ】有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）成長プロセスにおいて、鉄（Ｆｅ）をドーピングすることによって半絶縁性ＧａＮ基層に半絶縁性を持たせた場合の、図１に示す半絶縁性ＧａＮ基層のドーピングプロファイルの例を２つ示す。
【図３】本開示の一実施形態により、混合ドーピングを行った半絶縁性ＧａＮ基層を備えるＦＥＴの一例を示す。
【図４】本開示の一実施形態による、図３に示す半絶縁性ＧａＮ基層のドーピングプロファイルの一例を示す。
【図５Ａ】本開示の一実施形態による図３に示すＦＥＴの製造方法を図式的に示す。
【図５Ｂ】本開示の一実施形態による図３に示すＦＥＴの製造方法を図式的に示す。
【図５Ｃ】本開示の一実施形態による図３に示すＦＥＴの製造方法を図式的に示す。
【図５Ｄ】本開示の一実施形態による図３に示すＦＥＴの製造方法を図式的に示す。
【図５Ｅ】本開示の一実施形態による図３に示すＦＥＴの製造方法を図式的に示す。
【図５Ｆ】本開示の一実施形態による図３に示すＦＥＴの製造方法を図式的に示す。
【図５Ｇ】本開示の一実施形態による図３に示すＦＥＴの製造方法を図式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［詳細な説明］
以下に記載する実施形態は、当業者が本実施形態を実施するのに必要な情報を説明するものであり、本実施形態を実施する最良の態様を例示するものである。当業者は、添付の図面に照らして以下の説明を読むことで本開示の概念を理解し、本明細書で特に述べられていない本開示の概念の応用を認識するであろう。本開示の概念及びその応用は、本開示及び添付の請求項の範囲に含まれるものと理解されるべきである。
【０００９】
本明細書では、種々の要素を説明するために、第１、第２等の用語を用いることもあるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではないと理解されよう。これらの用語は、ある要素を別の要素と区別する目的でのみ用いられる。例えば、本開示の範囲から逸脱することなく、第１の要素が第２の要素と称されることもあり、同様に、第２の要素が第１の要素と称されることもある。本明細書内で用いられているとおり、「及び／又は（ａｎｄ／ｏｒ）」という用語には、列挙された関連項目の１つ又は複数による任意の全ての組み合わせが含まれる。
【００１０】
層、領域、又は基板等の要素が、別の要素の「上に（ｏｎ）」ある、又は別の要素の「上へ（ｏｎｔｏ）」延在していると記載される場合、この要素は、別の要素の上に直接あってもよく、又は、別の要素の上へ直接延在してもよく、或いは、介在する要素が存在してもよいと理解されよう。これに対して、ある要素が別の要素の「上に直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｏｎ）」ある、又は、別の要素の「上へ直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｏｎｔｏ）」延在していると記載されている場合、介在する要素は存在しない。同様に、層、領域、又は基板等の要素が、別の要素の「上方に（ｏｖｅｒ）」ある、又は、別の要素の「上方へ（ｏｖｅｒ）」延在していると記載される場合、この要素は、別の要素の直接上方にあってもよく、又はその直接上方へ延在してよく、或いは、介在する要素が存在してもよいと理解されよう。これに対して、ある要素が別の要素の「直接上方に（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｏｖｅｒ）」ある、又は、別の要素の「直接上方へ（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｏｖｅｒ）」延在している、と記載される場合には、介在する要素は存在しない。また、ある要素が別の要素に「接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、又は、「連結される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」と記載される場合、この要素は、別の要素と直接接続されてもよく、又は、直接連結されてもよく、或いは、介在する要素が存在してもよいと理解されよう。これに対して、ある要素が別の要素と「直接接続される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、又は、別の要素と「直接連結される（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ）」と記載される場合、介在する要素は存在しない。
【００１１】
本明細書において、「〜の下に（ｂｅｌｏｗ）」、「〜の上に（ａｂｏｖｅ）」、「上部の（ｕｐｐｅｒ）」、「下部の（ｌｏｗｅｒ）」、「水平な（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」、又は「垂直な（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」等の相対的な用語は、図面に示されるような、ある要素、層、又は領域と、別の要素、層、又は領域との関係を説明するために用いられることがある。これらの用語、及び上記で論じられた用語は、図面に描かれた装置の向きに加えて、異なる向きをも包含することを意図していると理解されよう。
【００１２】
本明細書で用いる専門用語は、特定の実施形態を説明する目的でのみ用いられ、本開示を制限することを意図しない。本明細書では、単数形である「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそうでないことを示していない限りは、複数も含むことを意図する。本明細書で用いられる「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、及び／又は「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、記載された特徴、整数（ｉｎｔｅｇｅｒｓ）、工程、作業、要素、及び／又は、構成要素が存在することを明示しているが、１つ又は複数の別の特徴、整数、工程、作業、要素、構成要素、及び／又はこれらの群が存在すること、又は追加されることを除外するものではないと、さらに理解されよう。
【００１３】
別途定義されない限りは、本明細書で使用される全ての用語（技術的用語及び科学的用語を含む）は、本開示が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書で使用される用語の意味は、本明細書の文脈及び関連技術におけるその意味と一致するものと解釈されるべきであり、本明細書で明らかにそう定義されない限りは、理想化された意味、又は過度に形式的な意味に解釈されないことが、さらに理解されよう。
【００１４】
本開示は、半絶縁性ＩＩＩ族窒化物及びその製造方法の実施形態に関する。下記の議論では窒化ガリウム（ＧａＮ）が中心となるが、本開示はこれに限定されない。本開示は、他のＩＩＩ族窒化物、及び、特に（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ）Ｎ等の他のＩＩＩ−Ｖ族窒化物に適用でき、「（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ）Ｎ」は、金属部分が、適正な化学量論比の、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びインジウム（Ｉｎ）の１つ、２つ、又は３つ全てである金属窒化物組成物を示す（例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、又はＡｌＧａＩｎＮ）。ＩＩＩ−Ｖ族多元金属窒化物組成物における金属の化学量論比は、整数の値に加えて非整数の値をも包含すると理解されよう。例えば、ＡｌＧａＮという用語は、０＜＝ｘ＜＝１である場合のＡｌxＧａ1-xＮをさすと理解される。
【００１５】
半絶縁性ＧａＮ及びその製造方法の実施形態を説明する前に、従来の半絶縁性ＧａＮ、及び、特に横型電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）における従来の半絶縁性ＧａＮバッファ層について議論するのが有益である。これに関して、横型ＦＥＴの一種である従来の高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）１０を図１に示す。図に示すとおり、ＨＥＭＴ１０は、半絶縁性部分１４とチャネル１６とを含む、半絶縁性ＧａＮバッファ層１２を備える。また、ＨＥＭＴ１０は、半絶縁性ＧａＮバッファ層１２の上に、チャネル１６に隣接して窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）バリア層１８をも備える。最後に、ＨＥＭＴ１０は、半絶縁性ＧａＮバッファ層１２とは反対側のＡｌＧａＮバリア層１８上に、ソースコンタクト２０と、ゲートコンタクト２２と、ドレインコンタクト２４とを備える。半絶縁性ＧａＮバッファ層１２の半絶縁性部分１４は、バックバリアとして機能し、これに対してゲートコンタクト２２は、チャネル１６を空乏化できる。
【００１６】
純粋なＧａＮ（半絶縁性となるであろう）を成長させることが難しいため、通常は、半絶縁性ＧａＮバッファ層１２を、ヘテロエピタキシャル基板（例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板、サファイア基板等）上に成長させ、ＧａＮが半絶縁性となるように、又は負に帯電するように、適切なドーパントでドープしてＧａＮ内の不純物を補償する。半絶縁性ＧａＮに用いられる最も一般的な２つのドーパントは、鉄（Ｆｅ）及び炭素（Ｃ）である。しかしながら、本発明者は、これらのドーパント（Ｆｅ及びＣ）それぞれに、重大な問題があることに気づいた。とりわけ、Ｆｅドーピングはメモリー効果が大きく、メモリー効果はとりわけ高周波（例えば、無線周波（ＲＦ））用途において望ましくない。その一方で、Ｃドーピングでは、厚い（例えば、０．５マイクロメートルより大きい、又は１マイクロメートルより大きい）ＧａＮを成長させるときに、相当な量の欠陥が生じる。当業者には当然のことながら、ヘテロエピタキシャル基板に半絶縁性ＧａＮバッファ層１２を成長させるときの格子不整合に起因する応力を緩和するために、半絶縁性ＧａＮバッファ層１２は厚いことが望ましい。
【００１７】
より具体的には、半絶縁性ＧａＮバッファ層１２を成長させるときに、半絶縁性部分１４とチャネル１６との境界で、ドーピングが急に停止されることが望ましい。しかしながら、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）成長プロセスでＦｅドーピングを用いる場合は、Ｆｅドーピングの急な停止は不可能、又は実現が難しい。結果として、Ｆｅドーピングを停止した後、成長したＧａＮに、Ｆｅドーピングが残留する。したがって、チャネル１６内のＦｅドーピング残留量が高いことに起因する、より大きいメモリー効果（つまり、より多量のトラップ）、又は、半絶縁性ＧａＮバッファ層１２の半絶縁性部分１４のチャネル１６近くにおけるＦｅドーピング残留量が低いことに起因する、半絶縁性ＧａＮバッファ層１２の半絶縁性部分１４内へのより大きいリーク電流、のいずれかを選択しなければならない。
【００１８】
このトレードオフ関係を、図２Ａ及び２Ｂに示す。チャネル１６の境界でのＦｅドーピング残留量が、このケースでは１立方センチメートル（ｃｍ3）あたりの原子数で１０16個である所定許容レベルより少なくなるように、チャネル１６の十分に手前でＦｅドーピングが停止される場合を、図２Ａに示す。この場合には、結果として、チャネル１６において低いメモリー効果が見られる一方、半絶縁性ＧａＮバッファ層１２の半絶縁性部分１４のチャネル１６近くにおけるＦｅドーピング量が低いために、半絶縁性ＧａＮバッファ層１２の半絶縁性部分１４内へのリーク電流がより大きくなる。これとは対照的に、チャネル１６により近い地点でＦｅドーピングが停止される場合を、図２Ｂに示す。この場合には、チャネル１６におけるＦｅドーピング残留量がより高くなり、したがって、半絶縁性ＧａＮバッファ層１２の半絶縁性部分１４内へのリーク電流はより小さくなる。しかしながら、チャネル１６におけるＦｅドーピング残留量がより高いと、チャネル１６におけるメモリー効果が増大する（つまり、チャネル１６におけるトラップの量が増大する）。このように、Ｆｅドーピングを用いる場合は、より大きいリーク電流、又は、より大きいメモリー効果、のいずれかを選択しなければならない。
【００１９】
Ｆｅドーピングとは対照的に、Ｃドーピングでは、ＭＯＣＶＤ、又は同様の成長方法によって半絶縁性ＧａＮバッファ層１２を成長させる場合、半絶縁性部分１４とチャネル１６との境界においてドーピングの急停止ができる。しかしながら、高いＣドーピングに必要とされる成長条件は、半絶縁性ＧａＮバッファ層１２において、特に０．５マイクロメートルを超える厚さの場合、より具体的には１マイクロメートルを超える厚さの場合、相当な量の転位、又は欠陥を生じさせる。半絶縁性ＧａＮバッファ層１２と、半絶縁性ＧａＮバッファ層１２が成長するヘテロエピタキシャル基板との格子不整合に起因する応力を緩和するためには、半絶縁性ＧａＮバッファ層１２の厚さは、好ましくは０．５マイクロメートルよりも大きく、１マイクロメートルよりも大きいのがより好ましい。厚いＧａＮ層が望まれるために、高いＣドーピングは、半絶縁性ＧａＮバッファ層１２に相当な量の欠陥を生じさせ、結果として電流コラプスのリスクが高まる。
【００２０】
本明細書に開示する半絶縁性ＧａＮ及びその製造方法は、メモリー効果の低減、リーク電流の低減、及び欠陥の量の低減をもたらす。これに関して、図３は、本開示の一実施形態に従う半絶縁性ＧａＮバッファ層２８を備えるＨＥＭＴ２６を示す。先に進む前に、この実施形態ではＨＥＭＴ２６を説明するが、半絶縁性ＧａＮバッファ層２８が、半絶縁性ＧａＮバッファ層が所望される別の種類の半導体デバイスで利用されてもよいことを述べておく。また、この実施形態では、上記で論じたように半絶縁性ＧａＮを利用しているが、別のＩＩＩ族窒化物が用いられてもよい。
【００２１】
図示のとおり、半絶縁性ＧａＮバッファ層２８は、半絶縁性部分３０と、半絶縁性部分３０上のチャネル部分３２とを備える。また、半絶縁性部分３０は、Ｆｅドープ部分３４と、Ｃドープ部分３６とを備える。Ｆｅドープ部分３４は、半絶縁性ＧａＮバッファ層２８の底面から、半絶縁性ＧａＮバッファ層２８内の第１の厚さ（ｔ１）まで延在する。Ｃドープ部分３６は、Ｆｅドープ部分３４の上にあり、半絶縁性ＧａＮバッファ層２８内の第１の厚さ（ｔ１）から、半絶縁性ＧａＮバッファ層２８内の第２の厚さ（ｔ２）まで延在する。とりわけ、半絶縁性ＧａＮバッファ層２８と半絶縁性ＧａＮバッファ層２８が成長するヘテロエピタキシャル基板との格子不整合に起因する、半絶縁性ＧａＮバッファ層２８における応力を緩和するために、Ｆｅドープ部分３４の厚さは、０．５マイクロメートル以上（例えば、０．５及び１０マイクロメートルを含む０．５から１０マイクロメートルまでの範囲）、より好ましくは１マイクロメートル以上（例えば、１及び１０マイクロメートルを含む１から１０マイクロメートルまでの範囲）である。Ｆｅドープ部分３４のＦｅのドーピング濃度は、１ｃｍ3あたりの原子数で、１０17個及び１０19個を含む１０17個から１０19個までの範囲である。Ｆｅドープ部分３４のＦｅのドーピング濃度は、Ｆｅドープ部分３４の厚さにわたって一定でもよく、又は変化してもよい。
【００２２】
ＭＯＣＶＤ、又は同様の方法を用いてＦｅドープ部分３４を成長させる場合、半絶縁性ＧａＮバッファ層２８が第１の厚さ（ｔ１）に到達する地点で、Ｆｅドーピングが停止される。しかしながら、成長方法に起因して、Ｃドープ部分３６及びチャネル部分３２にわたってＦｅドーピングが残留する。残留したＦｅドーピングの残留Ｆｅドーピング濃度は、厚さとともに低減され、換言すれば、Ｃドープ部分３６及びチャネル部分３２を通じて低減される。好ましい一実施形態では、Ｆｅドーピングが停止されるのとほぼ同時にＣドーピングが開始される。しかしながら、別の実施形態では、Ｆｅドーピングが停止される前にＣドーピングが開始されてもよい。
【００２３】
Ｃドープ部分３６の厚さは、Ｃドープ部分３６とチャネル部分３２との境界における残留Ｆｅドーピング濃度が、所定許容Ｆｅドーピングレベル未満であり、Ｃドープ部分３６の成長によって生じた欠陥の量が、欠陥の所定閾値未満であるような厚さである。一実施形態では、Ｃドープ部分３６とチャネル部分３２との境界における所定許容Ｆｅドーピングレベルは、１ｃｍ3あたりの原子数で２ｘ１０16個未満である。例えば、ある特定の実施形態では、Ｃドープ部分３６とチャネル部分３２との境界における所定許容Ｆｅドーピングレベルは、１ｃｍ3あたりの原子数で、５ｘ１０15個及び２ｘ１０16個を含む５ｘ１０15個から２ｘ１０16個までの範囲の値である（例えば、１ｃｍ3あたりの原子数で５ｘ１０15個又は１ｘ１０16個）。しかしながら、いくつかの実施形態では、所定許容Ｆｅドーピングレベルは、１ｃｍ3あたりの原子数で５ｘ１０15個未満であってもよい。一実施形態では、欠陥の所定閾値は、１ｃｍ2あたりの欠陥が１ｘ１０9個である。しかし、これは一例にすぎない。ある特定の実施形態では、Ｃドープ部分３６の厚さは０．１及び１．５マイクロメートルを含む０．１から１．５マイクロメートルまでの範囲であり、さらに好ましくは、０．１及び１マイクロメートルを含む０．１から１マイクロメートルまでの範囲である。しかしながら、Ｃドープ部分３６の厚さは、Ｆｅドープ部分３４の、特にＦｅドープ部分３４とＣドープ部分３６との境界におけるＦｅのドーピング濃度によって変化してもよい。特に、一実施形態では、Ｃドープ部分３６のＣのドーピング濃度は、勾配付けられる（ｇｒａｄｅｄ）。特に、Ｃドープ部分３６のＣのドーピング濃度は、Ｆｅドープ部分３４近くの低濃度から、Ｃドープ部分３６とチャネル部分３２との境界における高濃度へと増大してもよい。この場合、Ｃドープ部分３６の高ドープ部分の厚さを、所定最大厚さであって、その厚さを超えると、Ｃドープ部分３６における欠陥の量が所定閾値を超えて増大する所定最大厚さ未満に維持することが望ましい。
【００２４】
Ｆｅドープ部分３４は、望ましくない多量の転位を生じさせることなく、半絶縁性ＧａＮバッファ層２８を大きな厚さ（例えば、０．５マイクロメートル以上、より好ましくは、１マイクロメートル以上）に成長させることを可能にする。Ｃドープ部分３６は、半絶縁性ＧａＮバッファ層２８の半絶縁性部分３０内へのリーク電流を低く保ちながら、チャネル部分３２におけるメモリー効果（つまり、トラップ）を低減する。したがって、半絶縁性ＧａＮバッファ層２８は、ＨＥＭＴ２６の改善された性能を提供する。
【００２５】
半絶縁性ＧａＮバッファ層２８に加えて、ＨＥＭＴ２６は、半絶縁性ＧａＮバッファ層２８の上に、チャネル部分３２に隣接するＡｌＧａＮバリア層３８を備える。ＡｌＧａＮバリア層３８は、バリア層の一例にすぎない。バリア層３８は、ＡｌＧａＮ以外の材料（例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ））から形成されてもよい。最後に、ＨＥＭＴ２６は、半絶縁性ＧａＮバッファ層２８とは反対側の、ＡｌＧａＮバリア層３８の上で、ソースコンタクト４０、ゲートコンタクト４２、及びドレインコンタクト４４を備える。
【００２６】
図４に、本開示の一実施形態に従う図３に示す半絶縁性ＧａＮバッファ層２８のドーピングプロファイルの一例を示す。図示のとおり、この例では、チャネル部分３２の表面から約１．２マイクロメートルの地点で、Ｆｅドーピングが停止され、Ｃドーピングが開始される。Ｆｅドープ部分３４におけるＦｅのドーピング濃度は、１ｃｍ3あたりの原子数で約５ｘ１０18個である。さらに、この実施形態では、半絶縁性ＧａＮバッファ層２８はＭＯＣＶＤによって成長させられる。よって、Ｆｅドーピングが停止された後もＦｅドーピングが残留し、厚さとともに低減する。この例では、Ｃドープ部分３６の厚さにわたって、残留Ｆｅドーピングは、１ｃｍ3あたりの原子数で約５ｘ１０18個から、１ｃｍ3あたりの原子数で約１ｘ１０16個まで低減する。反対に、Ｃドーピングは、Ｃドープ部分３６の厚さにわたって、１ｃｍ3あたりの原子数で約５ｘ１０16個から、１ｃｍ3あたりの原子数で約５ｘ１０19個まで増大した後、チャネル部分３２との境界で停止される。図示のとおり、ＭＯＣＶＤを用いた場合には、Ｃドーピングの急な停止がある。このドーピングプロファイルを利用すると、チャネル部分３２の残留Ｆｅドーピングは低く、したがって、チャネル部分３２におけるメモリー効果（つまり、トラップの量）は低い。また、Ｃドープ部分３６は、結果的に、半絶縁性ＧａＮバッファ層２８の半絶縁性部分３０内へのリーク電流を少なくする。
【００２７】
図５Ａから５Ｇに、本開示の実施形態に従う図３に示すＨＥＭＴ２６の製造方法を図示する。まず、図５Ａに示す成長基板４６からプロセスを開始する。成長基板４６は、例えば、ＳｉＣ基板、又はサファイア基板でもよい。次に、図５Ｂに示すように、半絶縁性ＧａＮバッファ層２８のＦｅドープ部分３４が、成長基板４６上に成長する。この実施形態では、成長方法はＭＯＣＶＤとする。上記で論じたように、Ｆｅドープ部分３４のドーピング濃度は、好ましくは１ｃｍ3あたりの原子数で、１０17個及び１０19個を含む１０17個から１０19個までの範囲であり、Ｆｅドープ部分３４の厚さは、好ましくは０．５及び１０マイクロメートルを含む０．５から１０マイクロメートルまでの範囲であり、より好ましくは、１及び１０マイクロメートルを含む１から１０マイクロメートルまでの範囲である。Ｆｅドーピング濃度は、Ｆｅドープ部分３４の厚さにわたって一定であってもよく、Ｆｅドープ部分３４の厚さにわたって変化してもよい。
【００２８】
次に、図５Ｃに示すように、Ｃドープ部分３６を成長させるためにＦｅドーピングを停止させ、Ｃドーピングを開始させる。ここでも上記で論じたように、Ｃドープ部分３６のＣのドーピング濃度は、好ましくは１ｃｍ3あたりの原子数で１０18個より多く（例えば、１ｃｍ3あたりの原子数で、１０18個及び１０20個を含む１０18個から１０20個までの範囲）、より好ましくは、１ｃｍ3あたりの原子数で１０19個より多い（例えば、１ｃｍ3あたりの原子数で、１０19個及び１０20個を含む１０19個から１０20個までの範囲）。Ｃドープ部分３６の厚さは、Ｃドープ部分３６の残留Ｆｅドーピングを許容レベル（例えば、１ｃｍ3あたりの原子数で１０16個未満）まで低減させるのに十分大きく、且つ、許容できない量の欠陥が生じない程度に十分小さい。次に、図５Ｄに示すように、Ｃドーピングが停止され、チャネル部分３２が成長させられる。チャネル部分３２の厚さは、ゼロ（０）（つまり、チャネル部分３２がない状態）から約０．６ミクロンまでの範囲であり得る。
【００２９】
ひとたび半絶縁性ＧａＮバッファ層２８の成長が完了すると、図５Ｅに示すように、半絶縁性ＧａＮバッファ層２８の上で、チャネル部分３２に隣接して、ＡｌＧａＮバリア層３８が成長させられる。図５Ｆに示すように、ＡｌＧａＮバリア層３８の上には、ソースコンタクト４０、ゲートコンタクト４２、及びドレインコンタクト４４が形成される。最後に、図５Ｇに示すように、ＨＥＭＴ２６が成長基板４６から取り外される。なお、個別の実施に応じて、プロセスの早い段階で成長基板４６が取り外されてもよい。また、ＨＥＭＴ２６が、図示されない別の層を備えてもよいことを述べておく。
【００３０】
当業者は、本開示の好ましい実施形態の改良及び変更を見出すであろう。このような改良及び変更は全て、本明細書及び添付の請求項に開示する概念の範囲のものであると考えられる。
【図１】
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【図２Ａ−２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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