JP2012089871A - へテロ接合トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】チャネル層中のキャリア濃度を増すため、高いアルミニウム含有率を有した厚いＡｌＧａＮ層は、成長中か冷却後にひびが入る傾向があり、これによってデバイスが破壊される。
【解決手段】基板上の第１のＩＩＩ族窒化物層は第１の歪みを有する。ＧａＮ層のような第２のＩＩＩ族窒化物層が、第１のＩＩＩ族窒化物層上に設けられている。第２のＩＩＩ族窒化物層は、第１のＩＩＩ族窒化物層のバンドギャップよりも小さなバンドギャップを有し、かつ第１の歪みの大きさよりも大きい第２の歪みを有する。ＡｌＧａＮ層又はＡｌＮ層のような第３のＩＩＩ族窒化物層がＧａＮ層上に設けられている。第３のＩＩＩ族窒化物層は、第２のＩＩＩ族窒化物層のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有し、かつ第２の歪みと逆の歪みの型の第３の歪みを有する。ソースコンタクトとドレインコンタクトとゲートコンタクトを第３のＩＩＩ族窒化物層上に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、へテロ接合トランジスタ及びその製造方法に関し、より詳細には、歪み平衡窒化物へテロ接合トランジスタ及びその製造方法に関し、特に、高周波トランジスタ、あるいは窒化物能動層を組み込んだ高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）に関する。
本発明は、トランジスタを高電力、高温、及び／又は高周波用途に適したものにすることができる半導体材料で形成されたへテロ接合トランジスタに関する。シリコン（Ｓｉ）及びガリウム砒素（ＧａＡｓ）のような材料は、低電力及び（Ｓｉの場合）低周波用途の半導体デバイスに広く応用されている。しかし、これらの比較的よく知られている半導体材料は、比較的小さなバンドギャップ（例えば、室温でＳｉの１．１２ｅＶ及びＧａＡｓの１．４２ｅＶ）及び／又は比較的小さな降伏電圧のために、より大きな電力及び／又は高周波用途に十分に適していないことがある。
Ｓｉ及びＧａＡｓで起こる困難さを考慮して、高電力、高温及び／又は高周波用の用途及びデバイスに対する関心は、炭化ケイ素（室温で、アルファＳｉＣの２．９９６ｅＶ）及びＩＩＩ族窒化物（例えば、室温でＧａＮの３．３６ｅＶ）のような広いバンドギャップの半導体材料の方に向いた。これらの材料は、一般に、ガリウム砒素及びシリコンに比べてより高い電界降伏強度及びより高い電子飽和速度を有する。
高電力及び／又は高周波用途にとって特に関心のあるデバイスは、高電子移動度トランジスタ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＨＥＭＴ）であり、この高電子移動度トランジスタは、変調ドープ電界効果トランジスタ（ＭＯＤＦＥＴ）としても知られている。これらのデバイスはいくつかの環境の下で動作上の利点を示すことができる。その理由は、異なるバンドギャップエネルギーを有する２つの半導体材料のヘテロ接合で２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が形成され、そしてそこでバンドギャップの小さい方の材料がより高い電子親和力を有するからである。２ＤＥＧは、ドープされないバンドギャップの小さい方の材料中の蓄積層であり、例えば、１０１３キャリア／ｃｍ２を超える非常に高い面積電子濃度を含むことができる。さらに、バンドギャップの広い方の半導体で生じた電子は２ＤＥＧに移動し、イオン化不純物散乱の減少によって高電子移動度を可能にする。
高キャリア濃度と高キャリア移動度のこの組合せで、ＨＥＭＴに非常に大きな相互コンダクタンスを与えることができ、さらに高周波用途に関して金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）に優る有力な性能上の利点を実現することができる。
図３は、従来のＨＥＭＴ構造を示す断面構成図である。ＨＥＭＴ構造４０は、基板４２とバッファ層４４とＧａＮチャネル層４６とＡｌＧａＮ障壁層４８とを備えている。ＡｌＧａＮ障壁層４８にソースコンタクト４５とドレインコンタクト４９とゲートコンタクト４７が設けられている。ＧａＮチャネル層４６は、格子テンプレートとして作用するので、ＡｌＧａＮ障壁層４８は引張りで歪みんでいる。ＡｌＧａＮ障壁層４８が厚くなるか又はアルミニウムのパーセント値が増すにつれて、ＡｌＧａＮ障壁層４８がデバイスに与える歪みエネルギーは増加する傾向があり、これによって、ひび割れが生じることがある。したがって、ＡｌＧａＮ障壁層４８の厚さは制限され、これによって、トランジスタ４０のチャネル中の達成可能なキャリア密度が制限される。
米国特許第５，１９２，９８７号明細書 米国特許第５，２９６，３９５号明細書 米国特許第６，３１６，７９３号明細書 米国特許第Ｒｅ．３４，８６１号明細書 米国特許第４，９４６，５４７号明細書 米国特許第５，２００，０２２号明細書 米国特許第６，２１８，６８０号明細書 米国特許第５，２１０，０５１号明細書 米国特許第５，３９３，９９３号明細書 米国特許第５，５２３，５８９号明細書 米国特許第５，２９２，５０１号明細書 米国特許出願第０９／９０４，３３３号明細書 米国特許仮出願第６０／２９０，１９５号明細書 米国特許出願第１０／１０２，２７２号明細書
窒化ガリウム／窒化アルミニウムガリウム（ＧａＮ／ＡｌＧａＮ）材料で製造された高電子移動度トランジスタは、前述の高降伏電界、広いバンドギャップ、大きな伝導帯オフセット、及び／又は高飽和電子ドリフト速度を含む材料特性の組合せのために、大量のＲＦ電力を生成する可能性を有する。２ＤＥＧ中の電子の大部分は、ＡｌＧａＮの分極によると考えられている。ＧａＮ／ＡｌＧａＮ材料で製造されたＨＥＭＴは既に知られている。特許文献１及び特許文献２には、ＡｌＧａＮ／ＧａＮのＨＥＭＴ構造及び製造方法が記載されている。また、特許文献３には、半絶縁性炭化ケイ素基板と、この基板上の窒化アルミニウムバッファ層と、バッファ層上の絶縁性窒化ガリウムと、窒化ガリウム層上の窒化アルミニウムガリウム障壁層及び窒化アルミニウムガリウム能動構造上のパシベーション層とを有するＨＥＭＴデバイスが記載されている。
窒化物をベースにしたＨＥＭＴの構成における１つの制限要素は、ＡｌＧａＮ障壁層のアルミニウム濃度及び厚さとすることができる。チャネル層中のキャリア濃度を増すために、又は最大限にするために、比較的高いアルミニウム含有率を有する比較的厚いＡｌＧａＮ障壁層を有することが望ましい。上述したように、ＡｌＧａＮ障壁層は、２次元電子ガスのキャリアの供給源である。したがって、障壁層が厚いほど、チャネルにより多くのキャリアを供給することができる。その上、より高いアルミニウム組成のより厚いＡｌＧａＮで、より大きな圧電電界及びより多くの自然電荷を生成することができ、このことは、高キャリア濃度を有する２次元電子ガスの形成に寄与する。しかし、高アルミニウム含有率を有する厚いＡｌＧａＮ層は、成長中か冷却後かどちらかで、ひびが入る傾向があり、これによってデバイスが破壊される。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、窒化物をベースにしたへテロ接合トランジスタ及びその製造方法を提供することにある。
本発明の実施例は、基板及びこの基板上の第１のＡｌＧａＮ層を含んだ窒化物をベースにしたヘテロ接合トランジスタを提供する。第１のＡｌＧａＮ層は、関連した第１の歪み（ｓｔｒａｉｎ）エネルギーを有する。ＧａＮ層は第１のＡｌＧａＮ層上に設けられている。ＧａＮ層は、第１のＡｌＧａＮ層のバンドギャップよりも小さなバンドギャップを有し、かつ関連した第２の歪みエネルギーを有する。第２の歪みエネルギーは、第１の歪みエネルギーの大きさ（ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）よりも大きな大きさを有する。第２のＡｌＧａＮ層はＧａＮ層上に設けられている。第２のＡｌＧａＮ層は、ＧａＮ層のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有し、かつ関連した第３の歪みエネルギーを有する。第３の歪みエネルギーは、第２の歪みエネルギーと逆の歪みの型である。また、ソースコンタクトとドレインコンタクトとゲートコンタクトを第２のＡｌＧａＮ層上に設けることができる。
本発明の他の実施例では、ＡｌＮ層は、ＧａＮ層上に設けられ、かつＧａＮ層と第２のＡｌＧａＮ層との間に配置されている。ある特定の実施例では、第１のＡｌＧａＮ層は、ＡｌＮ層とＧａＮ層との短周期超格子である。そのような実施例において、短周期超格子のＡｌＮ層及びＧａＮ層は、それぞれＡｌＮ層及びＧａＮ層であることができる。第２のＡｌＧａＮ層は、またＡｌｘＧａ１−ｘＮ層であることができ、ここで０＜ｘ≦１である。
本発明のさらに他の実施例では、第１のＡｌＧａＮ層は下部閉込め層（ｂｏｔｔｏｍ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ ｌａｙｅｒ）であり、ＧａＮ層はチャネル層であり、さらに第２のＡｌＧａＮ層は障壁層である。さらに他の実施例では、下部閉込め層は第１のアルミニウム濃度を有し、そして障壁層は第１のアルミニウム濃度と異なった第２のアルミニウム濃度を有する。第２のアルミニウム濃度は第１のアルミニウム濃度よりも高いことがある。
本発明の他の実施例では、第２のＡｌＧａＮ層は、ＧａＮ層との界面に２Ｄ電子ガスの形成を誘起するのに十分な大きさの厚さ及びアルミニウム濃度を有するが、ひび割れ又は欠陥形成が生じる厚さよりも薄い。本発明の特定の実施例では、第２のＡｌＧａＮ層は、少なくとも約１０ｎｍの厚さを有する。
本発明の他の実施例では、成長温度での第１のＡｌＧａＮ層と、ＧａＮ層と、第２のＡｌＧａＮ層の合計歪みエネルギーは、ほぼゼロである。
本発明のさらに他の実施例では、第１のＡｌＧａＮ層と、ＧａＮ層と、第２のＡｌＧａＮ層は、「ａ」結晶格子方向で実質的に首尾一貫して歪んでいる。
本発明の他の実施例では、基板と第１のＡｌＧａＮ層の間にバッファ層が設けられる。バッファ層はＡｌＮ層であることができる。
本発明の他の実施例では、ＧａＮ層は、第１のＡｌＧａＮ層の直上に設けられている。第２のＡｌＧａＮ層は、またＧａＮ層の直上に設けられている。第１のＡｌＧａＮ層は、グレーデッドＡｌＧａＮ層であることができる。第１のＡｌＧａＮ層は、ＡｌＧａＮ層であることができる。もしくは、第１のＡｌＧａＮ層は、ＡｌＩｎＧａＮ層であることができる。
本発明のある特定の実施例では、第１のＡｌＧａＮ層は、約１０％よりも大きなアルミニウムのパーセント値を有する。第２のＡｌＧａＮ層は、また、約２０％よりも大きなアルミニウムのパーセント値を有することができる。第１のＡｌＧａＮ層は、少なくとも約１０００ｎｍの厚さを有することができる。ＧａＮ層は、約３０Åから約３００Åまでの厚さを有することができる。もしくは、ＧａＮ層は、約５００Åよりも大きな厚さを有することができる。さらに、ある特定の実施例では、基板は、炭化ケイ素基板、サファイア基板、ＡｌＮ基板及び／又はシリコン基板であることができる。
本発明のさらに他の実施例では、基板の上に実質的に歪みのないＡｌＧａＮ層を形成し、この実質的に歪みのないＡｌＧａＮ層上に圧縮歪みＧａＮ層を形成し、さらに、この圧縮歪みＧａＮ層上に引張歪みＡｌＧａＮ層を形成することによる、窒化物をベースにしたヘテロ接合トランジスタの製造方法が提供される。引張歪みＡｌＧａＮ層は、圧縮歪みＧａＮ層上に所定の引張歪みを有して形成される。所定の引張歪みは、圧縮歪みＧａＮ層と引張歪みＡｌＧａＮ層の合計歪みエネルギーがほぼゼロであるように、引張歪みを与えることができる。また、引張歪みＡｌＧａＮ層の厚さ、実質的に歪みのないＡｌＧａＮ層の組成、及び／又は引張歪みＡｌＧａＮ層のアルミニウム濃度を所定の引張歪みを与えるように調整して、所定の引張歪みを実現することができる。
本発明の追加の実施例では、実質的に歪みのないＡｌＧａＮ層は、基板上にＡｌＧａＮ材料の３次元アイランドを形成し、さらに、ＡｌＧａＮ材料が３次元アイランドの間に合体して実質的に歪みのないＡｌＧａＮ層を実現するようにＡｌＧａＮ材料を成長することで形成される。実質的に歪みのないＡｌＧａＮ層は、実質的に歪みのないＡｌＧａＮ層であることができる。もしくは、実質的に歪みのないＡｌＧａＮ層は、実質的に歪みのないＡｌＩｎＧａＮ層であることができる。引張歪みＡｌＧａＮ層は、引張歪みＡｌＧａＮ層であることができる。もしくは、引張歪みＡｌＧａＮ層は、引張歪みＡｌＩｎＧａＮ層であることができる。さらに、引張歪みＡｌＧａＮ層は、少なくとも１０ｎｍの厚さを有することができる。圧縮歪みＧａＮ層は、約３０Åから約３００Åまでの厚さを有することができる。もしくは、圧縮歪みＧａＮ層は、約５００Åよりも大きな厚さを有することができる。
本発明のさらに他の実施例では、実質的に歪みのないＡｌＧａＮ層は、第１のアルミニウム濃度を有する実質的に歪みのないＡｌＧａＮ層で形成され、さらに、引張歪みＡｌＧａＮをベースにした層は、第１のアルミニウム濃度と異なった第２のアルミニウム濃度を有する引張歪みＡｌＧａＮ層で形成される。特定の実施例では、第２のアルミニウム濃度は第１のアルミニウム濃度よりも大きい。さらに、引張歪みＡｌＧａＮ層は、圧縮歪みＧａＮ層との界面に２Ｄ電子ガスの形成を誘起するのに十分な大きさの厚さ及びアルミニウム濃度を有するが、ひび割れ及び欠陥形成が生じる厚さより薄い。
本発明の他の実施例では、窒化物をベースにしたヘテロ接合トランジスタは、ＡｌＧａＮ下部閉込め層と、下部閉込め層上のＧａＮチャネル層と、チャネル層上のＡｌＧａＮ障壁層とを備えている。障壁層は、下部閉込め層よりも高いアルミニウム濃度を有する。チャネル層は、約３０Åから約３００Åまでの厚さを有することができる。障壁層は、少なくとも約１０ｎｍの厚さを有することができる。下部閉込め層は、例えば、炭化ケイ素基板、サファイア基板、ＡｌＮ基板及び／又はシリコン基板上に設けることができる。炭化ケイ素基板と下部閉込め層の間にＡｌＮバッファ層を設けることもできる。下部閉込め層は、また、グレーデッドＡｌＧａＮ層であることができる。障壁層上にＧａＮコンタクト層を設けることができる。下部閉込め層及び障壁層は各々約１０％よりも大きなアルミニウム濃度を有することができる。
本発明のさらに他の実施例では、基板及びこの基板上の第１のＩＩＩ族窒化物層を有するＩＩＩ族窒化物をベースにしたヘテロ接合トランジスタが提供され、この第１のＩＩＩ族窒化物層は、関連した第１の歪みを有する。第１のＩＩＩ族窒化物層上に第２のＩＩＩ族窒化物層が設けられている。第２のＩＩＩ族窒化物層は、第１のＩＩＩ族窒化物層のバンドギャップよりも小さなバンドギャップを有し、かつ関連した第２の歪みを有する。第２の歪みは、第１の歪みの大きさよりも大きな大きさを有する。第１のＩＩＩ族窒化物層の反対側の第２のＩＩＩ族窒化物層上に第３のＩＩＩ族窒化物層が設けられている。第３のＩＩＩ族窒化物層は、第２のＩＩＩ族窒化物層のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有し、かつ第２の歪みと逆の歪みの型である関連した第３の歪みを有する。本発明の追加の実施例では、第１のＩＩＩ族窒化物層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層であり、ここで０＜ｘ≦１である。第２のＩＩＩ族窒化物層は、ＧａＮ層であることができる。第３のＩＩＩ族窒化物層は、ＡｌＮ層であることができる。そして、そのようなヘテロ接合トランジスタの製造方法も提供することができる。
本発明のヘテロ接合トランジスタの一実施例を説明するための断面構成図である。 本発明の実施例のバンドエネルギーを示す図である。 従来のＨＥＭＴ構造を示す図である。 本発明のヘテロ接合トランジスタの他の実施例を説明するための断面構成図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の態様について説明する。
なお、本発明は、多くの変更例を伴うもので、以下に説明する実施例に限定されるものではない。また、全体を通して同じ機能を有する構成要素については同一の符号を付してある。また、図に示す様々な層及び領域は模式的に図示したもので、図に示される相対的な大きさ及び間隔に限定されるものではない。さらに、基板又は他の層の「上」に形成された層とは、基板又は他の層の直上に形成された層、あるいは基板又は他の層上に形成された１つ又は複数の介在層の直上に形成された層のことを言う。
図１は、本発明のヘテロ接合トランジスタの一実施例を説明するための断面構成図で、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を模式的に示した図である。高電子移動度トランジスタ１０は、半絶縁性炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板１２を備え、この炭化ケイ素基板１２は、例えば、４Ｈポリタイプの炭化ケイ素で構成されている。他の炭化ケイ素候補のポリタイプには、３Ｃ、６Ｈ、及び１５Ｒポリタイプがある。「半絶縁性」と言う用語は、絶対的な意味ではなくて記述的に使用される。本発明の特定の実施例では、炭化ケイ素バルク結晶は、室温で１×１０５Ω‐ｃｍ以上の抵抗率を有する。
随意の窒化アルミニウムバッファ層１４は、基板１２上に設けられ、炭化ケイ素基板とデバイスの残りのものとの間に適切な結晶構造の遷移を実現する。炭化ケイ素は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）よりもＩＩＩ族窒化物に対して遥かに近い結晶格子整合を有する。サファイアは、ＩＩＩ族窒化物デバイス用の非常に一般的な基板材料である。より近い格子整合によって、一般にサファイア上に得られるものよりも高品質なＩＩＩ族窒化物膜が結果として得られる。また、炭化ケイ素は、非常に高い熱伝導度を有するので、炭化ケイ素上のＩＩＩ族窒化物デバイスの全出力電力は、一般に、同じデバイスがサファイア上に形成された場合ほどには基板の熱放散で制限されない。また、半絶縁性炭化ケイ素基板を使用できることで、デバイスの分離及び寄生キャパシタンスの低減が可能になることがある。
炭化ケイ素は、好ましい基板材料であるが、本発明の実施例は、サファイア、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムガリウム、窒化ガリウム、シリコン、ＧａＡｓ、ＬＧＯ、ＺｎＯ、ＬＡＯ、ＩｎＰなどのような任意の適切な基板を使用することができる。いくつかの実施例では、適切なバッファ層も形成することができる。
本明細書で使用されるときに、「ＩＩＩ族窒化物」という用語は、窒素と周期律表のＩＩＩ族の元素、すなわち、通常アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、及び／又はインジウム（Ｉｎ）との間に形成されたそれらの半導体化合物のことを言う。また、この用語は、ＡｌＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮのような三元及び四元化合物も意味する。また、ＩＩＩ族元素は、窒素と結合して、二元化合物（例えば、ＧａＮ）、三元化合物（例えば、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ）、及び四元化合物（例えば、ＡｌＩｎＧａＮ）を形成することができる。これらの化合物はすべて、１モルの窒素が合計で１モルのＩＩＩ族元素と結合する実験式を有する。したがって、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（ここで、０≦ｘ≦１）のような式が、しばしば、これらの化合物を記述するために使用される。
適切なＳｉＣ基板は、例えば、特許文献４〜７に記載されている。これらの特許文献の内容は、全体を参照して本明細書に組み込まれる。同様に、ＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル成長技術は、例えば、特許文献８〜１１に記載されており、これらの特許文献の内容もまた全体を参照して本明細書に組み込まれる。ＧａＮをベースにしたＨＥＭＴの適切な構造は、例えば、特許文献３、特許文献１２、特許文献１３、特許文献１４に記載されている。このようにして、これらの開示は、全体を参照して本明細書に組み込まれる。
図１に戻って、トランジスタ１０は、下部閉込め層１６とチャネル層１８を備えている。下部閉込め層１６は、チャネル層１８のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有する。本発明のある特定の実施例では、下部閉込め層１６はチャネル層１８の歪みエネルギーよりも実質的に低い歪みエネルギーを有し、実質的に緩和していることがある（すなわち、実質的に歪みが無い）。例えば、下部閉込め層は、約０である歪みを有することができ、又はチャネル層１８の歪みの約０から約１００％の歪みを有することができる。本発明のある特定の実施例では、下部閉込め層１６は、約１ＧＰａ未満の応力を有する。本発明のいくつかの実施例では、下部閉込め層１６は、ＡｌＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮのようなＩＩＩ族窒化物を含むことがあり、ＡｌＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮは、Ｓｉ及びＭｇのようなドーパントを実質的に含まないことがある。下部閉込め層１６は、少なくとも約１０００ｎｍの厚さとすることができるが、ひび割れ又は欠陥形成を生じるほどには厚くない。下部閉込め層１６は半絶縁性とすることができる。ある特定の実施例では、下部閉込め層１６は、約１％から１００％の間の、好ましくは、１０％より大きな実質的に一様なアルミニウム濃度を有するＡｌＧａＮである。もしくは、下部閉込め層１６は、チャネル層１８の格子定数により適切に整合するように、増加、減少及び／又は増減するアルミニウム濃度とともに徐々に変化することがある。下部閉込め層１６は、また、交互になるＡｌＮとＧａＮの層の短周期超格子とすることができる。また、ＡｌＧａＮ層の用語は、ＡｌＮとＧａＮ及び／又はＡｌＧａＮ、及びＡｌＮ及び／又はＧａＮの超格子を意味することができる。
基板１２又はバッファ層１４の上に３次元アイランドを形成し、ＡｌＧａＮ材料がアイランド間に合体するように下部閉込め層１６を成長させることによって、下部閉込め層１６を実質的に緩和した層として製造することができる。そのような成長で、実質的に緩和しかつ下に存在する基板の格子定数を呈しないＡｌＧａＮ層を実現することができる。より大きなアイランドを形成することは、引張歪みを減少する点で有利となることがある。
例えば、本発明のある特定の実施例では、半絶縁性ＡｌＮ層が、核形成／バッファ層として半絶縁性ＳｉＣ基板の上に高温（＞１０００℃）で堆積される。次に、半絶縁性ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（ｘ≒０．１〜０．２）がＡＬＮ層上に高温（＞１０００℃）で堆積される。成長条件（温度、圧力、Ｖ／ＩＩＩ比、成長速度、厚さ、その他のような）は、ＡｌＧａＮがＡｌＮ層に対して首尾一貫してひずんでいないことを保証するように調整される。好ましくは、ＡｌＧａＮは、最初に、比較的小さな核密度（＜１０９ｃｍ−２）の３次元モードで成長を始める。詳細な成長条件は、反応炉の形状寸法に依存して異なることがあるので、これらの特性を有するＡｌＧａＮを達成するように状況に応じて調整することができる。
さらに他の実施例では、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層は、成長中の組成ｘの減少とともに徐々に変化する。さらに、ＡｌＧａＮが上述のように実質的に緩和された方法でＳｉＣ基板の直ぐ上に成長されるように、ＡｌＮ層なしで、層を成長することができる。
随意のバッファ層１４に加えて、１つ又は複数の随意の介在層（図示しない）に接して又はその上方に下部閉込め層１６を形成することができる。そのような場合、介在層が構造全体に与える歪みエネルギーを以下に説明する。
本発明のいくつかの実施例では、チャネル層１８のバンドギャップが下部閉込め層１６のバンドギャップよりも小さいという条件で、チャネル層１８はＡｌｘＧａ１−ｘＮ（ここで、０≦ｘ＜１）のようなＩＩＩ族窒化物である。本発明のある特定の実施例では、ｘ＝０であり、チャネル層１８がＧａＮであることを示す。チャネル層１８はドープされないことがあるし、また約３０から約３００Åの厚さに成長することがある。したがって、チャネル層１８は従来のＧａＮのＨＥＭＴデバイスのチャネル層よりも薄いことがある。従来のＧａＮのＨＥＭＴデバイスのチャネル層は、一般に厚さが５００Åよりも大きい。下部閉込め層１６で実現される閉じ込めのために、ＧａＮ層中へのキャリアの「テーリング（ｔａｉｌｉｎｇ）」はより小さいことがある。したがって、結果として得られるデバイスは、従来技術のデバイスよりも優れた直線性を示すことができる。もしくは、歪み制御が考慮すべきことであり、閉じ込めの追加がそんなに考慮すべきことでない場合には、ＧａＮチャネル層１８を５００Åよりも厚く成長することができ、さらに、下部閉込め層１６のアルミニウムのパーセント値を減らすことができる。
さらに、下部閉込め層１６とチャネル層１８の間の界面はｎ型にドープすることができる。例えば、チャネル層に近接した下部閉込め層１６の部分は、約３×１０１２ｃｍ−２にドープすることができる。界面のそのようなドーピングは、界面の正電荷の効果を打ち消すことができる。チャネル層１８又は下部閉込め層１６に近接したチャネル層１８の部分は、ｎ型にドープすることができる。
障壁層２０はチャネル層１８上に設けられる。下部閉込め層１６と同じように、障壁層２０はＩＩＩ族窒化物であることができ、チャネル層１８のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有し、さらに、以下で説明するように引張りでひずんでいることがある。したがって、障壁層２０はＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ及び／又はＡｌＮであることができる。障壁層２０は、少なくとも約１０ｎｍの厚さであることができるが、ひび割れ又は欠陥形成が生じほどには厚くない。好ましくは、障壁層２０はドープされていないか、又は約１０１９ｃｍ−３より少ない濃度でドープされている。本発明のいくつかの実施例では、障壁層２０はＡｌｘＧａ１−ｘＮである。ここで、０＜ｘ≦１。本発明のある特定の実施例では、障壁層２０は、約５％から約１００％のアルミニウム濃度を有するＡｌＧａＮを含んでいる。本発明の特定の実施例では、アルミニウム濃度は約１０％よりも大きい。さらに、障壁層２０のアルミニウム濃度は、下部閉込め層１６のアルミニウム濃度よりも大きいことがある。
障壁層については、特許文献１４に記載されているように、多層で設けることができる。この特許文献１４による開示は、本明細書に組み込まれる。したがって、本発明の実施例は、障壁層を単一層に制限するものとして解釈すべきでなく、例えば、ＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層及び／又はＡｌＮ層の組合せを有する障壁層を含むことができる。例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ構造を使用して、合金散乱の原因になることがあるコンタクト材料によるＧａＮ層の汚染を減らすか又は防止することができる。
図４は、本発明の本発明のヘテロ接合トランジスタの他の実施例を説明するための断面構成図である。ここで、ＡｌＮ窒化物障壁層２０’は、ＧａＮをベース層１８上に設けられており、さらにＡｌｘＧａ１−ｘＮ層２２はＡｌＮ障壁層２０’上に設けられている。ここで、０≦ｘ≦１。つまり、ＡｌＮ障壁層２０’は、ＧａＮをベース層１８上に設けられ、かつＧａＮ層１８とＡｌＧａＮ層２２の間に配置されている。
随意のＧａＮコンタクト層又はキャップ層（図示しない）を障壁層２０上に設けて、トランジスタ１０のコンタクトの形成を容易にすることができる。そのようなキャップ層の例は、特許文献１２に開示されている。その上、障壁層２０とコンタクト層又はキャップ層の間に組成漸変遷移層（図示しない）があることができる。ソースコンタクト３５とドレインコンタクト３７とびゲートコンタクト３６は、特許文献３に記載されているように製造することができる。
図２は、本発明の実施例のバンドエネルギーを示す図で、高さ（ｘ）に対してトランジスタの伝導帯Ｅｃを示している。結晶格子にアルミニウムが存在するために、ＡｌＧａＮはＧａＮよりも広いバンドギャップを有する。このようにして、チャネル層１８と障壁層２０の間の界面に、障壁層２０の伝導帯Ｅｃ及び価電子帯Ｅｖが片寄っているヘテロ構造が形成される。圧電効果及び自然ドーピングのためにキャリアが誘起される。障壁層２０に直ぐ隣接したチャネル層１８の領域で、伝導帯ＥｃはフェルミレベルＥｆの下にもぐっている。その結果、２次元電子ガス（２ＤＥＧ）の面積電荷領域１５が、チャネル層１６と障壁層２０の間のヘテロ接合に誘起され、一方で、層２０は伝導帯の形のために可動キャリアが枯渇している。しかし、バンドギャップ構成及び圧電電荷の配列のために、チャネル層１８と下部閉込め層１６の間の界面に同様な面積電荷領域は誘起されない。その代わりに、下部閉込め層１６は可動キャリアをチャネル層１８に閉じ込めるように働き、それによって、チャネル層１８のキャリア濃度が増す。さらに、下部閉込め層１６及び／又はチャネル層１８の一部をドーピングすることで、下部閉込め層１６とチャネル層１８の間の界面の電荷を減少させることができ、それによって、下部閉込め層１６とチャネル層１８の間の界面に生じることがある２ＤＨＧ（２Ｄ正孔ガス）領域が減少するか又は無くなる。
２ＤＥＧ面積電荷領域１５の電子は高いキャリア移動度を示す。この領域の伝導度は、ゲート電極３６に電圧を加えることで変化する。逆電圧を加えたとき、伝導層１５の近傍の伝導帯はフェルミレベルより上に持ち上げられ、伝導層１５の一部はキャリアが枯渇し、それによって、ソース３５からドレイン３７への電流の流れが妨げられる。
上述したように、従来のＨＥＭＴ構造の１つの欠点は、ＡｌＧａＮ障壁層が特定のクリティカルな厚さ（この厚さは、一般に、デバイスの形状寸法、層構造、成長条件及び他の要素に依存する）を超えて成長されたとき、ＡｌＧａＮ障壁層にひびが入ることである。２ＤＥＧ領域１５のキャリア密度を増加させ又は最大限にするために、厚くて高アルミニウム組成のＡｌＧａＮ障壁を有することが望ましい。障壁層のひび割れの１つの原因は、構造中の蓄積された歪みエネルギーである。結果的に、本発明の実施例は、デバイス中の様々な層がもたらす歪みエネルギー成分を釣り合わせることで、デバイスの全体的な歪みエネルギーを減少させることができる。
半導体結晶構造では、一般に、２つの異なる材料が互いに隣接している場合、歪み効果が存在する。その結果として、エピタキシャル層の好ましい厚さは、デバイスの他の性能パラメータに適切であるがクリティカルな厚さよりも薄い厚さである。このクリティカルな厚さは、一般に、転位又はひび割れが広がり始める前に層がひずんだやり方で成長することができる最大厚さである。
２つの層の間の歪み（「ε」）は、２つの層の間の結晶格子パラメータの差（Δａ）をその２つの層のうちの１つの格子パラメータで割ったものとして表されることが多い。この歪み値が大きいほど、その２つの材料の間で成長させることができる層は薄くなる。さらに、図１に示すような多層構造では、全体的な歪みエネルギー（「Σ」）は、個々の層の歪みの関数すなわち合計であり、「実効歪み」と呼ばれる。全体的な歪みエネルギー、すなわち、合計歪みエネルギーは、歪み値の一次結合か、又は歪みエネルギーの重みつき結合とすることができる。例えば、合計歪みエネルギーは、歪み値の２乗の重みつき和とすることができる。したがって、合計歪みエネルギーは
Figure 2012089871
に比例することがある。ここで、ｔｉは層ｉの厚さである。
歪みは、一般に、２つのモードすなわち引張モード又は圧縮モードのうちの１つとして説明される。結晶格子の圧縮歪みは、結晶格子が通常よりも小さなスペースに圧縮されていることを示し、一方で、引張モードは、結晶格子が通常よりも大きなスペースに引き伸ばされていることを示す。結晶格子は、格子結合が壊れ始めそしてひび割れが結晶に表れる前に、圧縮か引張りかどちらかの、ある特定の量の歪みに耐えることができるに過ぎない。
本発明のいくつかの実施例では、下部閉込め層１６は、チャネル層１８及び障壁層２０がデバイスに与える歪みを限定するように、緩和した又はほぼ緩和したテンプレート（ｔｅｍｐｌａｔｅ）として作用する。つまり、下部閉込め層１６はほぼ緩和されている。したがって、トランジスタ１０の後のエピタキシャル層は、下部閉込め層１６の格子定数を受け継ぎ、したがって、エピタキシャル層の格子定数が下部閉込め層１６の格子定数と異なる程度に「疑似形態論的にひずんで」いる。チャネル層１８は圧縮で歪み、一方で、障壁層２０は引張りでひずんでいる。このことは、デバイス中の平均歪み、すなわち実効的な歪みを釣り合せる傾向がある。
さらに、障壁層２０とチャネル層１８の特定の引張歪み及び／又は圧縮歪みは、例えば、それぞれの層のアルミニウム濃度を制御することで制御できる。
上述したように、下部閉込め層１６とチャネル層１８と障壁層２０の格子定数は、「ａ」方向（すなわち、図１のページを横切る水平方向）では実質的に同じである。しかし、「ｃ」方向（すなわち、垂直方向すなわち厚さ又は成長方向）では、格子定数が異なる。したがって、チャネル層１８及び障壁層２０に歪みが誘起される。特に、チャネル層１８のひずんでいない「ａ」格子定数は、下部閉込め層１６の格子定数よりも大きく、したがって、チャネル層１８に圧縮歪みが誘起される。その理由は、チャネル層１８は、それが成長されたより小さな格子定数の下部閉込め層１６と同じになろうとするからである。同様に、チャネル層１８の歪みのない「ａ」格子定数はまた障壁層２０の格子定数よりも大きく、したがって、引張歪みが障壁層２０に誘起される。その理由は、障壁層２０は、それが成長されたより大きな格子定数のチャネル層１８と同じになろうとするからである。図１に示す実施例は特定の成長方向に関して説明したが、本発明はそのような実施例に制限されるように解釈すべきでなく、すべてが同じ歪んだ面内格子定数を有するように首尾一貫して歪んだ層に適用することができる。
本発明のある特定の実施例では、トランジスタ１０の合計歪みエネルギーはゼロにほぼ等しい。上述したように、合計歪みエネルギーは、歪みエネルギーの加重平均、重みつけのない平均、二乗和又は他のそのような結合とすることができる。さらに、合計歪みエネルギーは室温で決定することができる。いくつかの実施例では、室温での合計歪みエネルギーがほぼゼロであるように、成長温度でゼロでない大きさの合計歪みエネルギーを与えることができる。したがって、ある一定の量の歪みに対してそうでない場合に可能であるよりも大きな厚さに、障壁層２０を成長することができる。ここで使用されるように、いくつかの実施例では、「ほぼゼロ」の合計歪みエネルギーという用語は、約０．１％の格子不整合を有する対応する２層構造よりも少ない合計歪みエネルギーを意味し、一方、他の実施例では、「ほぼゼロ」は約１％の格子不整合を有する対応する２層構造よりも少ない合計歪みエネルギーを意味することができる。
本発明の特定の実施例では、下部閉込め層１６はＡｌｘＧａ１−ｘＮであることができ、チャネル層１８は、ｔＧａＮの厚さのＧａＮ層であることができ、さらに障壁層２０はｔｙの厚さを有するＡｌｙＧａ１−ｙＮであることができる。そのような実施例で、ｘ、ｙの値及び厚さｔＧａＮ及びｔｙは、歪みの一次重みつけの場合、次の式を満たすことができる。
Figure 2012089871
又は、歪みの二乗の重み付けの場合、
Figure 2012089871
したがって、例えば、そのような実施例で、障壁層２０及びチャネル層１８が同じ厚さを有する場合、ｘは約１／２ｙとなることがある。
例えば、２枚のＳｉＣウェハを使用して、２つの異なる下の層、すなわち、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（ｘ≒０．１〜０．２）を含む本発明の１つと従来のＧａＮ層を使用するもう１つ、を成長した。これらの両方の層の上に、ＧａＮを堆積し、続いて２５ｎｍの厚さを有する高アルミニウムＡｌｘＧａ１‐ｘＮ層（ｘ＞０．４）を堆積した。ＧａＮ層上に成長した層では、ほんの≒１μｍ程度のひび割れ間隔でＡｌＧａＮ層にひびが入り、面積抵抗率の測定が妨げられた。ＡｌＧａＮ上に成長した層では、ＡｌＧａＮ層にひびが入らず、面積抵抗率はほんの３００Ω／□であった。このことは、上のＡｌＧａＮ層の引張応力を、ひび割れを起こさないように効果的減少させることができることを示している。
本発明のある特定の実施例と異なって、従来技術のＨＥＭＴ構造は、デバイスの下の層として厚い緩和ＧａＮ層を使用し、このとき、このＧａＮ層がデバイスの残りの層にとって格子テンプレートとして作用する。そのようなデバイスにおいて、厚くて高アルミニウムパーセント値のＡｌＧａＮ障壁層を成長すると、余りにも大きな歪みエネルギーを構造に与える傾向があり、これによって、最終的に、望ましくないひび割れが発生するようになることがある。
上述した図３に示した従来のＨＥＭＴ構造４０は、基板４２とバッファ層４４とＧａＮチャネル層４６とＡｌＧａＮ障壁層４８からなり、ＡｌＧａＮ障壁層４８にソースコンタクト４５とドレインコンタクト４９とゲートコンタクト４７が設けられている。ＧａＮチャネル層４６は格子テンプレートとして作用するので、ＡｌＧａＮ障壁層４８は引張りでひずんでいる。ＡｌＧａＮ障壁層４８が厚くなるか又はアルミニウムのパーセント値が増すにつれて、ＡｌＧａＮ障壁層４８がデバイスに与える歪みエネルギーは増加する傾向があり、これによって、上述したようにひび割れが生じることがある。したがって、ＡｌＧａＮ障壁層４８の厚さは制限され、これによって、トランジスタ４０のチャネル中の達成可能なキャリア密度が制限される。
図１に示したトランジスタ１０のように、歪み制御技術を使用することによって、デバイスの層がエピタキシャルで堆積されているときに構造の合計歪みエネルギーが結晶構造にひび割れを発生させることがあるクリティカルなレベルを決して超えないように、トランジスタ１０は構成されている。したがって、ＧａＮチャネル層１８の歪みは、ＡｌＧａＮ障壁層２０の歪みの型と反対の型であり、その結果、歪みは互いに実質的に相殺し、そして実質的に歪みの釣り合ったデバイスが実現され、歪みは、デバイスに損傷が生じるクリティカルな閾値より低く保たれる。デバイスの結果として得られる合計歪みエネルギーは、圧縮又は引張りとすることができる。
以上、図面及び明細書で本発明の好ましい実施例を開示した。そして、特有の用語が使用されているが、この用語は一般的な記述的な意味でのみ使用され、限定する目的で使用されたものではない。また、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲で明らかにされる。

Claims (77)

  1. 窒化物をベースにしたヘテロ接合トランジスタであって、
    基板と、
    該基板上に設けられ、第１の歪みを有する第１のＡｌＧａＮ層と、
    該第１のＡｌＧａＮ層上に設けられ、該第１のＡｌＧａＮ層のバンドギャップよりも小さなバンドギャップを有し、かつ前記第１の歪みの大きさよりも大きい大きさの第２の歪みを有するＧａＮ層と、
    前記第１のＡｌＧａＮ層の反対側で、前記ＧａＮ層上に設けられ、該ＧａＮ層のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有し、かつ前記第２の歪みと逆の歪みの型である第３の歪みを有する第２のＡｌＧａＮ層と
    を備えたことを特徴とするヘテロ接合トランジスタ。
  2. 前記第２のＡｌＧａＮ層上に、ソースコンタクトとドレインコンタクトとゲートコンタクトとを備えたことを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  3. 前記ＧａＮ層上に、該ＧａＮ層と前記第２のＡｌＧａＮ層の間に配置されたＡｌＮ層を備えたことを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  4. 前記第１のＡｌＧａＮ層は、ＡｌＮ層とＧａＮ層の短い周期の超格子を備えたことを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  5. 前記短い周期の超格子の前記ＡｌＮ層及び前記ＧａＮ層は、それぞれＡｌＮ層及びＧａＮ層を備えたことを特徴とする請求項４に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  6. 前記第２のＡｌＧａＮ層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を備え、０＜ｘ≦１であることを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  7. 前記第１のＡｌＧａＮ層は下部閉込め層を備え、前記ＧａＮ層はチャネル層を備え、前記第２のＡｌＧａＮ層は障壁層を備えたことを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  8. 前記下部閉込め層は第１のアルミニウム濃度を有し、前記障壁層は前記第１のアルミニウム濃度と異なった第２のアルミニウム濃度を有することを特徴とする請求項７に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  9. 前記第２のアルミニウム濃度は、前記第１のアルミニウム濃度よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  10. 前記第２のＡｌＧａＮ層は、前記ＧａＮ層との界面に２Ｄ電子ガスの形成を誘起するのに十分な大きさの厚さ及びアルミニウム濃度を有し、ひび割れ及び欠陥形成が生じる厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  11. 前記第２のＡｌＧａＮ層は、少なくとも約１０ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  12. 前記第１のＡｌＧａＮ層と前記ＧａＮ層と前記第２のＡｌＧａＮ層の合計歪みエネルギーは、ほぼゼロであることを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  13. 前記合計歪みエネルギーは、前記へテロ接合トランジスタの層の歪みの重み付け和であることを特徴とする請求項１２に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  14. 室温における前記第１のＡｌＧａＮ層と前記ＧａＮ層と前記第２のＡｌＧａＮ層の合計歪みエネルギーは、ほぼゼロであることを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  15. 前記合計歪みエネルギーの大きさは、成長温度でほぼゼロよりも大きいことを特徴とする請求項１４に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  16. 前記第１のＡｌＧａＮ層と前記ＧａＮ層と前記第２のＡｌＧａＮ層は、すべてが同じ歪んだ面内格子定数を有するように首尾一貫して歪んでいることを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  17. 前記基板と前記第１のＡｌＧａＮ層の間にバッファ層を備えたことを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  18. 前記バッファ層は、ＡｌＮ層を備えたことを特徴とする請求項１７に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  19. 前記ＧａＮ層は、前記第１のＡｌＧａＮ層の直上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  20. 前記第２のＡｌＧａＮ層は、前記ＧａＮ層の直上に設けられていることを特徴とする請求項１９に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  21. 前記第１のＡｌＧａＮ層は、グレーデットＡｌＧａＮをベースにした層であることを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  22. 前記第１のＡｌＧａＮ層は、ＡｌＧａＮ層であることを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  23. 前記第１のＡｌＧａＮ層は、ＡｌＩｎＧａＮ層であることを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  24. 前記第１のＡｌＧａＮ層は、約１０％よりも大きなアルミニウムのパーセント値を有することを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  25. 前記第２のＡｌＧａＮ層は、約２０％よりも大きなアルミニウムのパーセント値を有することを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  26. 前記第１のＡｌＧａＮ層は、少なくとも約１０００ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  27. 前記ＧａＮ層は、約３０Åから約３００Åまでの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  28. 前記ＧａＮ層は、約５００Åよりも大きな厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  29. 前記基板は、炭化ケイ素基板を備えたことを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  30. 窒化物をベースにしたヘテロ接合トランジスタの製造方法であって、
    実質的に歪みのないＡｌＧａＮ層を基板上に形成するステップと、
    前記実質的に歪みのないＡｌＧａＮ層上に圧縮歪みＧａＮ層を形成するステップと、
    前記圧縮歪みＧａＮ層上に引張歪みＡｌＧａＮ層を形成するステップと
    を有することを特徴とするヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  31. 前記引張歪みＡｌＧａＮ層を形成するステップは、前記圧縮歪みＧａＮ層上に所定の引張歪みを有する引張歪みＡｌＧａＮ層を形成するステップを有し、前記所定の引張歪みは、前記圧縮歪みＧａＮ層と前記引張歪みＡｌＧａＮ層の合計歪みエネルギーがほぼゼロであるように、引張歪みを与えることを特徴とする請求項３０に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  32. 前記引張歪みＡｌＧａＮ層の厚さ、前記実質的に歪みのないＡｌＧａＮ層の組成、及び／又は前記引張歪みＡｌＧａＮ層のアルミニウム濃度の少なくとも１つを、前記所定の引張歪みを与えるように調整して、前記所定の引張歪みは与えられることを特徴とする請求項３１に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  33. 前記合計歪みエネルギーは、歪みエネルギーの一次合計であることを特徴とする請求項３１に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  34. 前記合計歪みエネルギーは、歪みエネルギーの重み付け合計であることを特徴とする請求項３１に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  35. 前記合計歪みエネルギーは、前記歪みエネルギーの二乗の重み付け和であることを特徴とする請求項３１に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  36. 前記実質的に歪みのないＡｌＧａＮ層を形成するステップは、
    前記基板上にＡｌＧａＮ材料の３次元アイランドを形成するステップと、
    前記ＡｌＧａＮ材料が前記３次元アイランドの間に合体して前記実質的に歪みのないＡｌＧａＮ層を形成するように前記ＡｌＧａＮ材料を成長するステップと
    を有することを特徴とする請求項３０に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  37. 前記実質的に歪みのないＡｌＧａＮ層を形成するステップは、実質的に歪みのないＡｌＧａＮ層を形成することを特徴とする請求項３０に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  38. 前記実質的に歪みのないＡｌＧａＮ層を形成するステップは、ＡｌＮ層とＧａＮ層との実質的に歪みのない短周期超格子を形成することを特徴とする請求項３０に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  39. 前記実質的に歪みのないＡｌＧａＮ層を形成するステップは、ＡｌＮ層とＧａＮ層の実質的に歪みのない短周期超格子を形成することを特徴とする請求項３０に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  40. 前記実質的に歪みのないＡｌＧａＮ層を形成するステップは、実質的に歪みのないＡｌＩｎＧａＮ層を形成することを特徴とする請求項３０に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  41. 前記ＧａＮ層上に、該ＧａＮ層と前記引張歪みＡｌＧａＮ層との間に配置された引張歪みＡｌＮ層を形成するステップを有することを特徴とする請求項３０に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  42. 前記引張歪みＡｌＧａＮ層を形成するステップは、引張歪みＡｌＧａＮ層を形成することを特徴とする請求項３０に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  43. 前記引張歪みＡｌＧａＮ層を形成するステップは、引張歪みＡｌＩｎＧａＮ層を形成することを特徴とする請求項３０に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  44. 前記引張歪みＡｌＧａＮ層を形成するステップは、少なくとも１０ｎｍの厚さを有する引張歪みＡｌＧａＮ層を形成することを特徴とする請求項３０に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  45. 前記圧縮歪みＧａＮ層を形成するステップは、約３０Åから約３００Åまでの厚さを有する圧縮歪みＧａＮ層を形成することを特徴とする請求項３０に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  46. 前記圧縮歪みＧａＮ層を形成するステップは、約５００Åよりも大きな厚さを有する圧縮歪みＧａＮ層を形成することを特徴とする請求項３０に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  47. 前記実質的に歪みのないＡｌＧａＮ層を形成するステップは、第１のアルミニウム濃度を有する実質的に歪みのないＡｌＧａＮ層を形成し、前記引張歪みＡｌＧａＮ層を形成するステップは、前記第１のアルミニウム濃度と異なった第２のアルミニウム濃度を有する引張歪みＡｌＧａＮ層を形成することを特徴とする請求項３０に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  48. 前記第２のアルミニウム濃度は、前記第１のアルミニウム濃度よりも大きいことを特徴とする請求項４７に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  49. 前記引張歪みＡｌＧａＮ層を形成するステップは、前記圧縮歪みＧａＮ層との界面に２Ｄ電子ガスの形成を誘起するのに十分な大きさの厚さ及びアルミニウム濃度を有し、ひび割れ及び欠陥形成が生じる厚さよりも薄い引張歪みＡｌＧａＮ層を形成することを特徴とする請求項３０に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  50. 窒化物をベースにしたヘテロ接合トランジスタであって、
    ＡｌＧａＮ下部閉込め層と、
    該下部閉込め層上に設けられたＧａＮチャネル層と、
    前記下部閉込め層の反対側で、前記チャネル層上に設けられたＡｌＧａＮ障壁層と
    を備え、該障壁層は、前記下部閉込め層よりも高いアルミニウム濃度を有することを特徴とするヘテロ接合トランジスタ。
  51. 前記チャネル層は、約３０Åから約３００Åまでの厚さを有することを特徴とする請求項５０に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  52. 前記障壁層は、少なくとも約１０ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項５０に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  53. 前記下部閉込め層は、炭化ケイ素基板であることを特徴とする請求項５０に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  54. 前記炭化ケイ素基板と前記下部閉込め層の間にＡｌＮバッファ層を備えたことを特徴とする請求項５３に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  55. 前記下部閉込め層は、グレーデットＡｌＧａＮ層であることを特徴とする請求項５０に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  56. 前記障壁層上にＧａＮコンタクト層を備えたことを特徴とする請求項５０に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  57. 前記下部閉込め層は、約１０％よりも大きなアルミニウム濃度を有することを特徴とする請求項５０に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  58. 前記障壁層は、約２０％よりも大きなアルミニウム濃度を有することを特徴とする請求項５０に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  59. 前記ＧａＮ層上に、前記ＧａＮチャネル層と前記ＡｌＧａＮ障壁層の間に配置されたＡｌＮ層を備えたことを特徴とする請求項５０に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  60. 窒化物をベースにしたヘテロ接合トランジスタの製造方法であって、
    基板上にＡｌＧａＮ下部閉込め層を形成するステップと、
    該下部閉込め層上にＧａＮチャネル層を形成するステップと、
    該チャネル層上にＡｌＧａＮ障壁層を形成するステップと
    を有し、前記障壁層は、前記下部閉込め層よりも高いアルミニウム濃度を有することを特徴とするヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  61. 前記チャネル層は、約３０Åから約３００Åまでの厚さに形成されることを特徴とする請求項６０に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  62. 前記障壁層は、少なくとも約１０ｎｍの厚さに形成されることを特徴とする請求項６０に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  63. 前記ＡｌＧａＮ下部閉込め層を形成するステップは、炭化ケイ素基板上にＡｌＧａＮ下部閉込め層を形成することを特徴とする請求項６０に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  64. 前記炭化ケイ素基板上にＡｌＮバッファ層を形成し、前記ＡｌＧａＮ下部閉込め層を形成するステップは、前記バッファ層上にＡｌＧａＮ下部閉込め層を形成することを特徴とする請求項６３に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  65. 前記ＡｌＧａＮ下部閉込め層を形成するステップは、グレーデットＡｌＧａＮ層を形成することを特徴とする請求項６０に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  66. 前記障壁層上にＧａＮコンタクト層を形成することを特徴とする請求項６０に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  67. 前記下部閉込め層は、約１０％よりも大きなアルミニウム濃度を有することを特徴とする請求項６０に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  68. 前記障壁層は、約２０％よりも大きなアルミニウム濃度を有することを特徴とする請求項６０に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  69. 前記ＧａＮ層上に、前記ＧａＮチャネル層と前記ＡｌＧａＮ障壁層との間に配置されたＡｌＮ層を形成するステップを有することを特徴とする請求項６０に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  70. ＩＩＩ族窒化物をベースにしたヘテロ接合トランジスタであって、
    基板と、
    該基板上に設けられ、第１の歪みを有する第１のＩＩＩ族窒化物層と、
    該第１のＩＩＩ族窒化物層上に設けられ、該第１のＩＩＩ族窒化物層のバンドギャップよりも小さなバンドギャップを有し、かつ前記第１の歪みの大きさよりも大きい大きさの第２の歪みを有する第２のＩＩＩ族窒化物層と、
    前記第１のＩＩＩ族窒化物層の反対側で、前記第２のＩＩＩ族窒化物層上に設けられ、前記第２のＩＩＩ族窒化物層のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有し、かつ前記第２の歪みと逆の歪みの型である第３の歪みを有する第３のＩＩＩ族窒化物層と
    を備えたことを特徴とするヘテロ接合トランジスタ。
  71. 前記第１のＩＩＩ族窒化物層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を備え、０＜ｘ＜１であることを特徴とする請求項７０に記載のヘテロ接合トランジスタ構造。
  72. 前記第２のＩＩＩ族窒化物層は、ＧａＮ層を備えたことを特徴とする請求項７１に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  73. 前記第３のＩＩＩ族窒化物層は、ＡｌＮ層を備えたことを特徴とする請求項７２に記載のヘテロ接合トランジスタ。
  74. ＩＩＩ族窒化物をベースにしたヘテロ接合トランジスタの製造方法であって、
    基板上に、第１の歪みを有する第１のＩＩＩ族窒化物層を形成するステップと、
    前記第１のＩＩＩ族窒化物層上に、該第１のＩＩＩ族窒化物層のバンドギャップよりも小さなバンドギャップを有し、かつ前記第１の歪みの大きさよりも大きい大きさの第２の歪みを有する第２のＩＩＩ族窒化物層を形成するステップと、
    前記第１のＩＩＩ族窒化物層の反対側で、前記第２のＩＩＩ族窒化物層上に、前記第２のＩＩＩ族窒化物層のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有し、かつ前記第２の歪みと逆の歪みの型である関連した第３の歪みを有する第３のＩＩＩ族窒化物層を形成するステップと
    を有することを特徴とするヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  75. 前記第１のＩＩＩ族窒化物層を形成するステップは、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を形成し、０＜ｘ＜１であることを特徴とする請求項７４に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  76. 前記第２のＩＩＩ族窒化物層を形成するステップは、ＧａＮ層を形成することを特徴とする請求項７５に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
  77. 前記第３のＩＩＩ族窒化物層を形成するステップは、ＡｌＮ層を形成することを特徴とする請求項７６に記載のヘテロ接合トランジスタの製造方法。
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