KR20220078672A - 감소된 전류 붕괴 및 향상된 전력 추가 효율성을 갖는 질화갈륨 고 전자 이동도 트랜지스터(hemt) - Google Patents

감소된 전류 붕괴 및 향상된 전력 추가 효율성을 갖는 질화갈륨 고 전자 이동도 트랜지스터(hemt) Download PDF

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Abstract

고 전자 이동도 트랜지스터 구조물로서, 상기 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물은, 기판 상에 배치된 GaN 버퍼층; 상기 GaN 버퍼층 상에 배치되고 상기 GaN 버퍼층과 직접 접촉하는 도핑된 GaN층으로서, 상기 도핑된 GaN층은 하나 이상의 상이한 도펀트로 도핑되는 것인, 도핑된 GaN층; 상기 도핑된 GaN층 상에 배치되고 상기 도핑된 GaN층과 직접 접촉하는 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층으로서, 상기 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층은 내부에 2DEG 채널을 갖는 것인, 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층; 및 상기 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층 상에 배치되고 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층과 직접 접촉하는 배리어층을 포함한다. 상기 도펀트들 중 하나는 베릴륨이고, 도펀트들 중 다른 하나는 탄소이다.

Description

감소된 전류 붕괴 및 향상된 전력 추가 효율성을 갖는 질화갈륨 고 전자 이동도 트랜지스터(HEMT)
본 개시 내용은 일반적으로 고 전자 이동도 트랜지스터(High Electron Mobility Transistor, HEMT)에 관한 것이고, 보다 구체적으로 전류 붕괴(current collapse)가 감소되고 전력 추가 효율성이 향상된 질화갈륨(GaN) HEMT에 관한 것이다.
당업계에 공지된 바와 같이, 펄스 IV 측정에서 전류 붕괴(또는 분산)는 고주파 HEMT 트랜지스터의 RF 성능 및 전력 추가 효율(PAE)의 선행 지표이다. 질화갈륨(GaN) 기반 HEMT는 높은 수준의 전류 붕괴(CC) 경향이 있다. HEMT의 장치 구조물, 표면 패시베이션 및 에피택시 구조물의 기하학적 구조물은 모두 전류 붕괴(CC)에 기여한다. 에피택셜 구조물과 관련하여, GaN 버퍼층 및/또는 배리어에 사용된 도핑 방식, 결함의 밀도 및 위치(예를 들면, 불순물 원자 또는 전위), 및 층 인터페이스의 품질은 전류 붕괴(CC)에 특히 영향을 미친다. 하나의 이러한 HEMT 에피택셜 구조물이 도 1에 도시된다. 여기서, 구조물은 하기를 포함한다:
Si, Al2O3, 또는 SiC와 같은 기판;
AlN 또는 그래핀과 같은 핵생성 층, 이는 없을 수 있음;
고저항(일반적으로 1×105 ohm*cm보다 큼) GaN 버퍼, 일반적으로 200 nm 내지 수 마이크론 두께의 GaN 절연(탄소, 마그네슘, 철과 같은 도펀트)을 제공하도록 도핑됨;
비의도적 도핑된(unintentionally doped; UID) GaN 채널, 의도적 도펀트 없음, 일반적인 두께 50-500 nm, 2D 전자 가스(2DEG)는 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널 근처에서 배리어 인터페이스에 위치함;
AlGaN, InAlN, InAlGaN(전통적인 III-질화물) 또는 ScAlN(희토류-질화물)과 같은 배리어층; 및
GaN, AlN 또는 SiNx와 같은 캡 레이어, 이는 존재하지 않을 수 있음.
최고의 성능을 위해서 전류 붕괴(CC)의 감소가 중요하지만, 트랜지스터의 "오프" 상태에서 낮은 수준의 게이트 누출 및 드레인 누출이 동시에 수반되어야 하므로, 낮은 전류 붕괴(CC) 구조물을 설계하는 작업을 더욱 어렵게 만든다.
질화갈륨 및 관련 III족 질화물 3원(ternary) 및 4원(quaternary) 화합물은 재료의 에피택시와 적절한 격자 일치 기판의 부족으로 인해 전위 밀도가 높고 기타 점 결함(point defect)이 있다. 이러한 결함은 DC 누설과 RF 성능 모두에 해로운 버퍼를 통해 전류 경로를 유도한다. 일반적으로, GaN HEMT 구조물에서, 버퍼는 에피택셜 버퍼의 누출을 완화하기 위해 탄소 및/또는 철 불순물로 많이 도핑된다. 그러나, 2DEG GaN 채널에 매우 가깝기 때문에, 탄소 및 철 불순물 도펀트는 또한 2DEG 채널의 전하 캐리어 전자에 대해 마이크로초 이상의 수명을 가질 수 있는 수명이 긴 트랩(trap)으로 작용하여, 최종 HEMT 장치에서 전류 붕괴(CC)를 크게 증가시키고, 성능에 부정적인 영향을 미친다.
또한, 당업계에 공지된 바와 같이, GaN에서 치환 베릴륨의 이온화 에너지에 대한 이론적 계산은 이온화 에너지를 60 meV(Bernardini et al., Theoretical evidence for efficient p-type doping of GaN using beryllium, arXiv:cond-mat/9610108v2 (1997) 참조)과 550 meV(J.L. Lyons et al., Impact of Group-II Acceptors on the Electrical and Optical Properties of GaN, Jpn. J. Appl. Phys. 52, 08JJ04 (2013) 참조) 사이로 추정했다. 또한, 격자간(interstitial) 베릴륨은 형성 에너지가 낮고, 대체 베릴륨 수용체의 보상으로 이어질 가능성이 있는 이중 공여체 역할을 하는 것으로 계산되었다(C. G. Van de Walle et al., First-principles studies of beryllium doping of GaN, Phys. Rev. B, 63, 245205 (2001) 참조). 실제로, 베릴륨 도핑 GaN 재료는 절연 거동을 나타내고(K. Lee et al., Compensation in Be-doped Gallium Nitride Grown Using Molecular Beam Epitaxy, Material Research Society Symposium, Proc. Vol. 892 (2006) 참조), GaN HEMT에서 전도성 버퍼층의 영향을 완화하는 데 사용되었다(D.F. Storm et al., Reduction of buffer layer conduction near plasma-assisted molecular-beam epitaxy grown GaN/ AIN interfaces by beryllium doping, Appl. Phys. Lett., 81, 3819 (2002) 참조). 버퍼 도펀트로 적합하지만, 1×1019 atoms/cm3의 베릴륨 도핑은 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층이 200 nm 미만의 두께일 때, 2DEG 이동도, 2DEG 시트 밀도 및 트랜지스터 성능에 해로운 영향을 미치는 것으로 나타났다(D.F. Storm et al., Proximity effects of beryllium-doped GaN buffer layers on the electronic properties of epitaxial AlGaN/GaN heterostructures, Solid-State Electronics., 54, 1470-1473 (2010) 참조). 최대 3×1019 atoms/cm3의 베릴륨 도핑 수준은 GaN 결정 품질의 심각한 저하를 일으키지 않는 것으로 나타났지만(D.F. Storm et al., Growth and characterization of plasma-assisted molecular beam epitaxial-grown AlGaN/GaN heterostructures on free-standing hydride vapor phase epitaxy GaN substrates, J. Vac. Sci. Technol. B., 23, 1190 (2005) 참조), 더 높은 수준의 베릴륨 도핑 불순물은 결국 GaN 결정 품질의 열화를 유발할 것으로 예상된다.
본 개시 내용에 따르면, 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물이 제공되고, 상기 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물은, 기판 상에 배치된 GaN 버퍼층; 상기 GaN 버퍼층 상에 배치되고 상기 GaN 버퍼층과 직접 접촉하는 도핑된 GaN층으로서, 상기 도핑된 GaN층은 도펀트들 중 하나가 베릴륨인 다수의 상이한 도펀트들로 도핑되는 것인, 도핑된 GaN층; 및 상기 도핑된 GaN층 상에 배치되고 상기 도핑된 GaN층과 직접 접촉하는 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층으로서, 상기 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층은 내부에 2차원 전자 가스(2DEG) 채널을 갖는 것인, 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층;을 포함한다.
하나의 양태에서; 배리어층은 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층 상에 배치되고 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층과 직접 접촉한다.
하나의 양태에서, 도펀트들 중 하나는 베릴륨이다.
하나의 양태에서, 도펀트들 중 하나는 베릴륨이고, 도펀트들 중 다른 하나는 탄소이다.
하나의 양태에서, 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층은 두께가 200 nm 미만이다.
하나의 양태에서, 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물이 제공되고, 상기 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물은, 기판; 상기 기판 상에 배치된 GaN 버퍼층; 상기 GaN 버퍼층 상에 배치되고 상기 GaN 버퍼층과 직접 접촉하는 도핑된 GaN층으로서, 상기 도핑된 GaN층은 베릴륨 및 탄소로 도핑되는 것인, 도핑된 GaN층; 상기 도핑된 GaN층 상에 배치되고 상기 도핑된 GaN층과 직접 접촉하는 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층으로서, 상기 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층은 내부에 2DEG 채널을 갖는 것인, 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층; 및 상기 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층 상에 배치되고 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층과 직접 접촉하는 AlGaN 배리어층을 포함한다.
하나의 양태에서, 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층은 두께가 200 nm 미만이다.
하나의 양태에서, 도핑된 GaN 층은 두께가 10-300 nm이다.
하나의 양태에서, 베릴륨 도핑은 5×1016 내지 3×1019 atoms/cm3이고, 탄소 도핑은 베릴륨 도핑 이하이다.
하나의 양태에서, 버퍼층은 2.2 × 103 ohm*cm보다 큰 저항률을 갖는다.
분자빔 에피택시(MBE) 방법에서, 탄소는 2DEG 채널에 매우 근접하여 도펀트로 단독으로 사용될 때 DC 누출을 크게 줄일 수 있는 중간에 가까운 갭 상태를 다수로 갖는 매우 효과적인 보상 도펀트이지만, 탄소는 또한 CC를 증가시키고 RF 성능을 감소시키는 추가 트랩 사이트를 생성한다. 본 발명자들은 2DEG 채널에 매우 근접한 5×1016 내지 3×1019 atoms/cm3 범위의 적당한 수준의 베릴륨 도핑이 버퍼층에서 질화갈륨 및 관련 III족 질화물 3원 및 4원 화합물의 밴드 구조물을 이동시키기에 충분하다는 것을 인식했다. 본 발명자들은 또한 베릴륨 불순물(탄소 불순물 < 베릴륨 불순물)과 함께 감소된 수준의 탄소 불순물을 첨가함으로써 낮은 수준의 오프 상태 누출이 얻어질 수 있고 동시에 버퍼층의 밴드 구조물을 이동시켜 RF 작동에서 CC를 감소시키고 HEMT 트랜지스터의 PAE를 향상시킨다는 것을 인식했다.
본 발명자들은 GaN HEMT 구조물에서 CC의 한 소스를 담당하는 에피택셜 요소를 인식하고, 장치의 DC 누출에 부정적인 영향을 미치지 않고 이를 극복하기 위한 효과적인 방법을 가지고 있다: 전도성 2DEG 채널에 대한 베릴륨 및 탄소 도핑된 층의 정확한 배치, 정확하게 제어된 도핑된 층의 두께, 및 정확하게 제어된 2DEG 층 바로 아래의 도핑 수준. 본 개시 내용은 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널 바로 아래에 GaN 버퍼를 다양한 수준에서 탄소 및 베릴륨으로 동시에 도핑하여, 버퍼 내의 도펀트가 높은 수준의 활성 장수명 트랩으로 작용하지 않도록 하여 전기 활성 캐리어를 극복하여, CC를 감소시키고 오프 상태 누출을 낮고 관리 가능한 수준으로 유지하는 것을 기술한다.
본 개시 내용의 하나 이상의 양태의 세부사항은 첨부 도면 및 하기 설명에 기술되어 있다. 본 개시내용의 다른 특징, 목적 및 이점은 설명 및 도면, 그리고 청구범위로부터 명백할 것이다.
도 1은 선행 기술에 따른 III족-질화물 HEMT 구조물의 도식적 횡단면 스케치이고;
도 2는 본 개시내용에 따른 III족-질화물 HEMT 구조물의 도식적 횡단면 스케치이고;
도 3a는 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널과 고저항 GaN 버퍼 사이에 추가 도핑층이 없는 III족 질화물 HEMT 구조물의 도식적 단면도로서, 이는 도 2의 HEMT 구조물과 비교하는데 유용하고;
도 3b는 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널과 고저항 GaN 버퍼 사이의 도핑된 층에서 도펀트로서 탄소만을 사용하는 III족-질화물 HEMT 구조물의 개략적인 단면도로서, 이는 도 2의 HEMT 구조물과 비교하여 유용하고;
도 3c는 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널과 고저항 GaN 버퍼 사이의 도핑된 층에서 탄소와 베릴륨 둘 다를 도펀트로 사용하는 III족 질화물 HEMT 구조물의 개략적인 횡단면 스케치로서, 이는 도 2의 HEMT 구조물의 하나의 양태이고;
도 4a는 추가 도핑층이 없이, 도 3a의 구조물에 대한 정규화된 드레인 누설 및 게이트 누설 전류 대 드레인-소스 전압의 플롯이고, 이는 도 2의 구조물의 이점을 이해하는데 유용하고;
도 4b는 도핑된 층의 탄소 도핑만을 사용하는 도 3b의 구조물에 대한 정규화된 드레인 누설 및 게이트 누설 전류 대 드레인-소스 전압의 플롯이고, 이는 도 2의 구조물의 이점을 이해하는데 유용하고;
도 4c는 도 2의 HEMT 구조물의 하나의 양태에서 도핑된 층에서 도펀트로서 탄소와 베릴륨을 모두 사용하는 도 3c의 구조물에 대한 정규화된 드레인 누설 및 게이트 누설 전류 대 드레인-소스 전압의 플롯이고;
도 5a는 추가 도핑층 없이 도 3a의 구조물에 대한 준정적 구성 및 도 3a의 구조물에 대한 전류 붕괴의 영향을 강조하는 28 V 펄스 구성에 대한 정규화된 드레인 전류 대 드레인-소스 전압의 플롯이고, 이는 도 2의 구조물의 이점을 이해하는데 유용하고;
도 5b는 도핑된 층에서 탄소만을 사용하는 도 3b의 구조물에 대한 전류 붕괴의 영향을 강조하는 준-정적 구성 및 28 V 펄스 구성에 대한 드레인-소스 전압 대 드레인 전류의 플롯이고, 이는 도 2의 구조물의 이점을 이해하는데 유용하고;
도 5c는 도 2의 HEMT 구조물의 하나의 양태에서 도핑된 층에서 도펀트로서 탄소와 베릴륨을 모두 사용는 도 3c의 구조물에 대한 전류 붕괴의 영향을 강조하는 준-정적 구성 및 28 V 펄스 구성에 대한 드레인-소스 간 전압에 대한 정규화된 드레인 전류의 플롯이다.
다양한 도면에서 유사한 참조 기호는 유사한 요소를 나타낸다.
이제, 도 2를 참조하면, HEMT 구조물은 단결정 기판, 여기에서는 예를 들어, 실리콘, 사파이어 또는 실리콘 카바이드; 여기서, 예를 들어, 상기 기판 상에 에피택셜하게 형성된 AlN 또는 그래핀과 같은 핵생성 층; 상기 핵생성 층 상에 에피택셜하게 형성된 도핑된 고저항 GaN 버퍼층, 여기서 이러한 버퍼층은 예를 들어 2.2×103 ohm*cm(5×1018 atoms/cm3 도핑의 경우)의 저항을 갖도록 베릴륨 도핑된 GaN으로 도핑되고, 3×105 ohm*cm의 저항을 갖도록 철 도핑된 GaN으로 도핑되고(R.P. Vaudo et al., Characteristics of semi-insulating, Fe-doped GaN substrates, Physical Status Solidi 200, 18 (2003) 참조), 1×108 ohm*cm의 저항을 갖도록 탄소 도핑 GaN으로 도핑되고, 또는 고저항 GaN을 생성하는 도펀트의 조합으로 도핑되고; 두께가 10-300 nm이고 하나 이상의 도펀트, 여기서: 5×1016 내지 3×1019 atoms/cm3 범위의 도핑 농도를 갖는 베릴륨 도펀트; 및 베릴륨의 도핑 농도보다 낮지만 1×1016 atoms/cm3보다 높은 도핑 농도를 갖는 탄소 도펀트를 갖는 도펀트를 갖는 도핑된 GaN 층으로 도핑된다. 도핑 수준은 도핑된 GaN 층의 에피택셜 성장 동안 베릴륨 및 탄소 불순물의 동시 증착으로 인해 발생한다. 도핑된 GaN 층 상에 에피택셜하게 형성되는 것은 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층이 50-200 nm의 두께를 갖고 내부에 2차원 전자 가스(2DEG)를 갖는 것이다. 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층 상에 에피택셜로 형성되는 것은 AlGaN, InAlGaN, 또는 ScAlN과 같은 배리어층이다. 제공된 범위 내에서 최적의 도핑 밀도는 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층의 두께와 배리어 재료 조성 및 두께에 의해 제어되는 채널의 전하 밀도에 따라 달라진다.
이제, 도 3a, 3b 및 3c를 참조하면, 비교를 위해 3개의 HEMT 구조물이 도시된다. 세 가지 구조물 모두 동일한 기판, 핵생성 층 및 고저항 GaN 버퍼층 구조물, 여기서는 각각 SiC, AlN, 탄소 및 베릴륨 도핑 GaN을 사용한다. 도 3a에 도시된 구조물은 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널과 고저항 GaN 버퍼 사이에 도핑된 층이 없으며, 이는 고저항 버퍼층 상에 고저항 버퍼층과 직접 접촉하여 300 nm 비의도적 도핑된(UID) 채널 두께를 통해 달성된다. 도 3b에 도시된 구조물은 도핑된 층에서 탄소 도핑만을 가지며, 여기에서는 두께가 165 nm이고 탄소 밀도가 1.2×1017 atoms/cm3로 도핑되어 있으며, 여기에서는 두께가 110 nm인 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널과 고저항 GaN 버퍼 사이에 있다. 도 3c에 도시된 구조물은 도핑된 층에서 탄소 및 베릴륨 도핑을 모두 가지며, 여기에서는 두께가 165 nm이고 탄소 도핑 밀도가 1.4×1017 atoms/cm3이고 베릴륨 도핑 밀도가 1.2×1018 atoms/cm3이고, 여기에서는 두께가 110 nm인 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널과 고저항 GaN 버퍼 사이에 있다. 여기서, 도 3a, 3b 및 3c의 구조물은 분자빔 에피택시(MBE)에 의해 성장된다. 이 특정 예에서 도핑된 GaN 층은 갈륨, 질소 및 도펀트의 미리 결정된 플럭스 비율과 미리 결정된 성장 온도, 여기서는 광학 고온계로 측정할 때 660-780 ℃로 목적하는 도펀트 농도를 초래하는 질소가 풍부한 조건 하에 형성된다. 질소가 풍부한 조건이 여기에서 사용되지만, 갈륨이 풍부한 조건도 사용될 수도 있지만, 미리 결정된 플럭스 비율 및/또는 성장 온도는 다르다. 여기에서, 베릴륨은 고체 원소 베릴륨 소스에서 열 증발을 통해 도핑되고, 탄소는 CBr4 가스 소스를 통해 도핑된다.
이제, 도 4a, 4b 및 4c를 참조하면, 도 3a, 3b 및 3c 각각에 도시된 에피택셜 구조물로부터 제조된 옴 소스 및 드레인 콘택트 및 쇼트키 게이트 콘택트를 갖는 3개의 단자 소스-게이트-드레인 측면 트랜지스터에 대한 정규화된 드레인 및 게이트 누설이 도시되어 있다. 보다 구체적으로, 드레인 전류 및 게이트 전류의 3개의 단자 소스-게이트-드레인 측면 트랜지스터의 DC 측정값은 드레인-소스 전압을 변화시키기 위해 게이트에서 -6 V에서 핀치 오프된(pinched off) 게이트로 도시된다. "이상적(ideal)"은 드레인 및 게이트 누설 전류가 모두 가능한 한 낮은 것이다. 데이터는 도 3c에 도시된 구조물에 대해 100 V에서의 드레인 누설 전류로 정규화된다. 비의도적 도핑된(UID) GaN과 고저항 버퍼 사이에 도핑층이 없는 도 3a에 도시된 구조물은 높은 누설 전류(도 3c에 도시된 구조물의 누설 전류의 ~3-10배)를 나타낸다. 도핑된 층에 탄소만 도핑된 도 3b에 도시된 구조물은 도 3c에 도시된 구조물의 누설 전류보다 낮고 유사한 누설 전류를 보여주고, 도 3c에서의 구조물은 도핑된 층에서 탄소 및 베릴륨 도펀트를 모두 갖는다.
도 5a, 5b 및 5c를 참조하면, 도 3a, 3b 및 3c에 도시된 에피택셜 구조물로부터 제조된 트랜지스터에 대한 펄스형 IV 측정값이 도시되어 있다. 준정적 곡선의 경우, 정지 바이어스 포인트(quiescent bias point)는 VDQ = VGQ = 0 V이다. 28 VDQ 곡선의 경우, 정지 바이어스 포인트는 VDQ = 28 V, IDQ = 110 mA이다. "이상적"은 현재 붕괴(또는 분산)의 척도인 음영 영역(shaded area)을 0으로 최소화하는 것이다. 데이터는 도 3c에 도시된 구조물에 대해 15 V에서 준정적 드레인 전류로 정규화된다. 비의도적 도핑된(UID) GaN과 고저항 버퍼 사이에 도핑층이 없는 도 3a에 도시된 구조물은 전류 붕괴가 낮은 것을 보여준다(그러나 이것은 도 4a에 도시된 바와 같이 높은 누설의 결과임). 도핑된 층에 탄소 도핑만 있는 도 3b에 도시된 구조물은 도 3c에 도시된 구조물의 전류 붕괴와 비교하여 상대적으로 높은 전류 붕괴를 나타내고, 도 5c에 도시된 바와 같이, 도핑된 층에서 탄소 및 베릴륨 도핑을 모두 갖는다. 따라서, 도핑된 층에 탄소와 베릴륨이 모두 도핑된 도 3c에 도시된 구조물은 매우 낮은 전류 붕괴와 낮은 누설을 모두 가지고 있다.
이제, 본 개시내용에 따른 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물이 기판 상에 배치된 GaN 버퍼층; 상기 GaN 버퍼층 상에 배치되고 상기 GaN 버퍼층과 직접 접촉하는 도핑된 GaN층으로서, 상기 도핑된 GaN층은 도펀트들 중 하나가 베릴륨인 다수의 상이한 도펀트들로 도핑되는 것인, 도핑된 GaN층; 및 상기 도핑된 GaN층 상에 배치되고 상기 도핑된 GaN층과 직접 접촉하는 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층으로서, 상기 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층은 내부에 2DEG 채널을 갖는 것인, 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층;을 포함하는 것이 이해되어야 한다. 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물은 하기 특징들 중 하나 이상을 개별적으로 또는 조합하여 포함하도록 포함할 수 있다: 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층 상에 그리고 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층과 직접 접촉하는 배리어층; 상기 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층은 두께가 200 nm 미만이고; 상기 도펀트들 중 하나는 탄소이고; 또는 상기 기판 상에 배치된 핵생성 층.
이제, 본 발명에 따른 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물이 기판; 상기 기판 상에 배치된 GaN 버퍼층; 상기 GaN 버퍼층 상에 배치되고 상기 GaN 버퍼층과 직접 접촉하는 도핑된 GaN층으로서, 상기 도핑된 GaN층은 베릴륨 및 탄소로 도핑되는 것인, 도핑된 GaN층; 및 상기 도핑된 GaN층 상에 배치되고 상기 도핑된 GaN층과 직접 접촉하는 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층으로서, 상기 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층은 내부에 2DEG 채널을 갖는 것인, 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층;을 포함하는 것이 이해되어야 한다. 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물은 하기 특징들 중 하나 이상을 개별적으로 또는 조합하여 포함하도록 포함할 수 있다: 상기 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층은 두께가 200 nm 미만이고; 상기 도핑된 GaN 층은 두께가 10-300 nm이며; 베릴륨 도핑은 5×1016 내지 3×1019 atoms/cm3이고; 탄소 도핑은 베릴륨 도핑 이하이고; 또는 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층 상의, 그리고 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층과 직접 접촉하는 배리어층.
본 개시내용의 다수의 양태가 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 본 개시내용의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 도핑된 GaN 층 내에서 계단식 또는 등급화된 도핑 프로파일을 사용할 수 있다. 또한, 예를 들어, 도핑된 GaN이 설명되었지만, 도핑된 AlGaN과 같은 다른 III-N족 도핑된 재료가 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 마찬가지로, GaN 및 AlGaN보다 다른 III-N족 배리어, 채널 또는 버퍼층 재료의 사용이 사용될 수 있으며, 여기에는 예를 들어 하나 이상의 재료 또는 배리어 재료의 조성(예를 들면, AlGaN/InAlN 또는 InAlGaN)을 포함한다. 추가적으로, 고체 소스 탄소와 같은 대안적인 도핑 소스가 사용될 수 있다. 또한, 본 개시 내용은 임의의 특정 기판, 핵생성 층, 또는 고저항 버퍼 도펀트의 사용에 의존하지 않는다. 따라서, 다른 양태는 하기 청구범위의 범위 내이다.

Claims (10)

  1. 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물로서, 상기 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물은,
    기판 상에 배치된 GaN 버퍼층;
    상기 GaN 버퍼층 상에 배치되고 상기 GaN 버퍼층과 직접 접촉하는 도핑된 GaN층으로서, 상기 도핑된 GaN층은 도펀트들 중 하나가 베릴륨인 다수의 상이한 도펀트들로 도핑되는 것인, 도핑된 GaN층; 및
    상기 도핑된 GaN층 상에 배치되고 상기 도핑된 GaN층과 직접 접촉하는 비의도적 도핑된(unintentionally doped; UID) GaN 채널층으로서, 상기 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층은 내부에 2DEG 채널을 갖는 것인, 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층;을 포함하는 것인, 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물은 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층 상에 그리고 상기 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층과 직접 접촉하는 배리어층을 포함하는 것인, 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층은 두께가 200 nm 미만인 것인, 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도펀트들 중 하나는 탄소인 것인, 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물은 기판 상에 배치된 핵생성 층을 포함하는 것인, 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물.
  6. 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물로서, 상기 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물은,
    기판;
    상기 기판 상에 배치된 GaN 버퍼층;
    상기 GaN 버퍼층 상에 배치되고 상기 GaN 버퍼층과 직접 접촉하는 도핑된 GaN층으로서, 상기 도핑된 GaN층은 베릴륨 및 탄소로 도핑되는 것인, 도핑된 GaN층; 및
    상기 도핑된 GaN층 상에 배치되고 상기 도핑된 GaN층과 직접 접촉하는 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층으로서, 상기 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층은 내부에 2DEG 채널을 갖는 것인, 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층;을 포함하는 것인, 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층은 두께가 200 nm 미만인 것인, 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 도핑된 GaN 층은 두께가 10-300 nm인 것인, 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 베릴륨의 도핑은 5×1016 내지 3×1019 atoms/cm3이고, 탄소의 도핑은 베릴륨 도핑 이하인 것인, 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물은 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층 상에 그리고 비의도적 도핑된(UID) GaN 채널층과 직접 접촉하는 배리어층을 포함하는 것인, 고 전자 이동도 트랜지스터 구조물.
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