(57)【要約】【課題】化合物半導体機能層に生成される二次元キャリアガスチャネルにおいてキャリア密度及び電界をキャリア走行方向に変調する半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置（ＨＥＭＴ）１において、二次元キャリアガスチャネル２４を有する第１の化合物半導体層２１と、第１の化合物半導体層２１上にバリア層として配設され、ドーパントを有する第２の化合物半導体層２２と、二次元キャリアガスチャネル２４の一端に接続された第１の主電極３と、二次元キャリアガスチャネル２４の一端に離間する他端に接続された第２の主電極４とを備え、第１の主電極３と第２の主電極４との間において、第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度が二次元キャリアガスチャネル２４方向に異なる。【選択図】図１
2010056340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元キャリアガスチャネルを有する第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層上にバリア層として配設され、ドーパントを有する第２の化合物半導体層と、
前記二次元キャリアガスチャネルの一端に接続された第１の主電極と、
前記二次元キャリアガスチャネルの一端に離間する他端に接続された第２の主電極と、を備え、
前記第１の主電極と前記第２の主電極との間において、前記第２の化合物半導体層の前記ドーパント濃度が前記二次元キャリアガスチャネル方向に異なることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第２の化合物半導体層の前記ドーパント濃度は前記二次元キャリアガスチャネル方向に連続的に異なることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２の化合物半導体層の前記ドーパント濃度は前記二次元キャリアガスチャネル方向に段階的に異なることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の化合物半導体層はｎ型ドーパントを有するｎ型ドープ窒化物系半導体層であり、前記第２の化合物半導体層は窒化物系半導体層であり、前記二次元キャリアガスチャネルは二次元電子ガスチャネルであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１の化合物半導体層と前記第２の化合物半導体層との間に、アンドープ層、スペーサ層のいずれか一方又は双方を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
二次元キャリアガスチャネルを有する第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層上にバリア層として配設され、ドーパントを有する第２の化合物半導体層と、
前記二次元キャリアガスチャネルの一端に接続されたソース電極と、
前記二次元キャリアガスチャネルの一端に離間する他端に接続されたドレイン電極と、
前記二次元キャリアガスチャネル上において前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に配設されたゲート電極と、を備え、
前記第２の化合物半導体層の前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間の前記ドーパント濃度が、前記第２の化合物半導体層の前記ソース電極と前記ゲート電極との間の前記ドーパント濃度に対して低いことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
二次元キャリアガスチャネルを有する第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層上にバリア層として配設され、ドーパントを有する第２の化合物半導体層と、
前記二次元キャリアガスチャネルの一端に接続されたソース電極と、
前記二次元キャリアガスチャネルの一端に離間する他端に接続されたドレイン電極と、
前記二次元キャリアガスチャネル上において前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に配設されたゲート電極と、を備え、
前記第２の化合物半導体層の前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間の前記ドーパント濃度が、前記第２の化合物半導体層の前記ソース電極と前記ゲート電極との間の前記ドーパント濃度に対して高いことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
二次元キャリアガスチャネルを有する第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層上にバリア層として配設され、ドーパントを有する第２の化合物半導体層と、
前記二次元キャリアガスチャネルの一端に接続されたアノード電極と、
前記二次元キャリアガスチャネルの一端に離間する他端に接続されたカソード電極と、を備え、
前記第２の化合物半導体層の前記アノード電極と前記カソード電極との間において前記アノード電極側の前記ドーパント濃度が、前記カソード電極側の前記ドーパント濃度に対して低いことを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
二次元キャリアガスチャネルを有する第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層上にバリア層として配設され、ドーパントを有する第２の化合物半導体層と、
前記二次元キャリアガスチャネルの一端に接続されたアノード電極と、
前記二次元キャリアガスチャネルの一端に離間する他端に接続されたカソード電極と、を備え、
前記第２の化合物半導体層の前記アノード電極と前記カソード電極との間において前記アノード電極側の前記ドーパント濃度が、前記カソード電極側の前記ドーパント濃度に対して高いことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、特に化合物半導体機能層を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガリウムナイトライド（ＧａＮ）系化合物半導体を用いた電子デバイスとして、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：high electron mobility transistor）が知られている。ＨＥＭＴは、高い電子（キャリア）の移動度を有し、高周波特性に優れている。
【０００３】
ＨＥＭＴは、チャネル層として機能するＧａＮ層と、このＧａＮ層上にヘテロ接合によって積層されたバリア層として機能するアルミニウムガリウムナイトライド（ＡｌＧａＮ）層とを有する窒化物系半導体機能層に構成される。ＧａＮ層のヘテロ接合近傍には高移動度の電子が走行する２次元電子ガス（２ＤＥＧ：two-dimensional electron gas）チャネルが生成される。２次元電子ガスチャネルにはソース電極及びドレイン電極が接続され、ソース電極とドレイン電極との間にはゲート電極が配設される。このような構造を有するＨＥＭＴにおいては、自発分極や格子不整合を用いたピエゾ電界により高いキャリア密度を実現することができる。
【０００４】
なお、ＨＥＭＴに関しては例えば下記特許文献１に記載されている。
【特許文献１】ＷＯ  ０６１０３８３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ｎ型チャネルのＨＥＭＴにおいては、キャリア密度を調節するため、ＡｌＧａＮ層（バリア層）のソース電極とドレイン電極との間には二次元電子ガスチャネル方向に一定の濃度でドーパント（添加物：dopant）が添加されることが知られている。しかしながら、このドーパント濃度を変えることによって、２次元電子ガスチャネル中の高いキャリア密度や電界を二次元電子ガスチャネル方向すなわちキャリア走行方向に変調する点について配慮がなされていなかった。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものである。従って、本発明は、バリア層の主電極間のドーパント濃度を変えることによって、化合物半導体機能層に生成される二次元キャリアガスチャネルにおいてキャリア密度及び電界をキャリア走行方向に変調することができる半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、半導体装置において、二次元キャリアガスチャネルを有する第１の化合物半導体層と、第１の化合物半導体層上にバリア層として配設され、ドーパントを有する第２の化合物半導体層と、二次元キャリアガスチャネルの一端に電気的に接続された第１の主電極と、二次元キャリアガスチャネルの一端に離間する他端に電気的に接続された第２の主電極とを備え、第１の主電極と第２の主電極との間において、第２の化合物半導体層のドーパント濃度が二次元キャリアガスチャネル方向に異なることである。
【０００８】
第１の特徴に係る半導体装置において、第２の化合物半導体層のドーパント濃度は二次元キャリアガスチャネル方向に連続的に異なることが好ましい。
【０００９】
また、第１の特徴に係る半導体装置において、第２の化合物半導体層のドーパント濃度は二次元キャリアガスチャネル方向に段階的に異なることが好ましい。
【００１０】
また、第１の特徴に係る半導体装置において、第１の化合物半導体層はｎ型ドーパントを有するｎ型ドープ窒化物系半導体層であり、第２の化合物半導体層は窒化物系半導体層であり、二次元キャリアガスチャネルは二次元電子ガスチャネルであることが好ましい。
【００１１】
また、第１の特徴に係る半導体装置において、第１の化合物半導体層と第２の化合物半導体層との間にアンドープ層又はスペーサ層を備えることが好ましい。
【００１２】
本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、半導体装置において、二次元キャリアガスチャネルを有する第１の化合物半導体層と、第１の化合物半導体層上にバリア層として配設され、ドーパントを有する第２の化合物半導体層と、二次元キャリアガスチャネルの一端に電気的に接続されたソース電極と、二次元キャリアガスチャネルの一端に離間する他端に電気的に接続されたドレイン電極と、二次元キャリアガスチャネル上においてソース電極とドレイン電極との間に配設されたゲート電極とを備え、第２の化合物半導体層のドレイン電極とゲート電極との間のドーパント濃度が、第２の化合物半導体層のソース電極とゲート電極との間のドーパント濃度に対して低いことである。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る第３の特徴は、半導体装置において、二次元キャリアガスチャネルを有する第１の化合物半導体層と、第１の化合物半導体層上にバリア層として配設され、ドーパントを有する第２の化合物半導体層と、二次元キャリアガスチャネルの一端に電気的に接続されたソース電極と、二次元キャリアガスチャネルの一端に離間する他端に電気的に接続されたドレイン電極と、二次元キャリアガスチャネル上においてソース電極とドレイン電極との間に配設されたゲート電極とを備え、第２の化合物半導体層のドレイン電極とゲート電極との間のドーパント濃度が、第２の化合物半導体層のソース電極とゲート電極との間のドーパント濃度に対して高いことである。
【００１４】
本発明の実施の形態に係る第４の特徴は、半導体装置において、二次元キャリアガスチャネルを有する第１の化合物半導体層と、第１の化合物半導体層上にバリア層として配設され、ドーパントを有する第２の化合物半導体層と、二次元キャリアガスチャネルの一端に電気的に接続されたアノード電極と、二次元キャリアガスチャネルの一端に離間する他端に電気的に接続されたカソード電極とを備え、第２の化合物半導体層のアノード電極とカソード電極との間においてアノード電極側のドーパント濃度が、カソード電極側のドーパント濃度に対して低いことである。
【００１５】
本発明の実施の形態に係る第５の特徴は、半導体装置において、二次元キャリアガスチャネルを有する第１の化合物半導体層と、第１の化合物半導体層上にバリア層として配設され、ドーパントを有する第２の化合物半導体層と、二次元キャリアガスチャネルの一端に電気的に接続されたアノード電極と、二次元キャリアガスチャネルの一端に離間する他端に電気的に接続されたカソード電極とを備え、第２の化合物半導体層のアノード電極とカソード電極との間においてアノード電極側のドーパント濃度が、カソード電極側のドーパント濃度に対して高いことである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、バリア層の主電極間のドーパント濃度を変えることによって、化合物半導体機能層に生成される二次元キャリアガスチャネルのキャリア密度及び電界をキャリア走行方向に変調することができる半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００１８】
また、以下に示す実施の形態はこの発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は各構成部品の配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１９】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態は、半導体装置として３端子素子であるＨＥＭＴに本発明を適用し、このＨＥＭＴの電流コラプスの発生を減少するとともに、破壊耐圧を向上した例を説明するものである。
【００２０】
［ＨＥＭＴの構成］
図１に示すように、第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ（半導体装置）１は、二次元キャリアガスチャネル２４を有する第１の化合物半導体層２１と、第１の化合物半導体層２１上にバリア層として配設され、ドーパントを有する第２の化合物半導体層２２と、二次元キャリアガスチャネル２４の一端に電気的に接続された第１の主電極３と、二次元キャリアガスチャネル２４の一端に離間する他端に電気的に接続された第２の主電極４とを備え、第１の主電極３と第２の主電極４との間において、第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度が二次元キャリアガスチャネル２４方向に異なる。更に、第１の主電極３と第２の主電極４との間にはゲート電極５が配設される。
【００２１】
第１の化合物半導体層２１と第２の化合物半導体層２２とはヘテロ接合をなしている。第１の化合物半導体層２１及び第２の化合物半導体層２２は化合物半導体機能層２を構築し、この化合物半導体機能層２にＨＥＭＴ１が構成される。第１の実施の形態において、化合物半導体機能層２は、図示しないが、シリコン基板、炭化シリコン基板、サファイア基板等の基板上に直接的に又は化合物半導体機能層２の結晶性の整合のためにバッファ層を介して間接的に形成される。化合物半導体機能層２の第２の化合物半導体層２２においては、第１の化合物半導体層２１よりも格子定数が小さく、バンドキャップが大きい。従って、第１の化合物半導体層２１に格子整合された第２の化合物半導体層２２は引張応力を受ける。
【００２２】
化合物半導体機能層２はここではIII族窒化物系半導体材料により構成されている。代表的なIII族窒化物系半導体はＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）により表される。
【００２３】
更に、第１の実施の形態において、化合物半導体機能層２の第１の化合物半導体層２１のＡｌ（アルミニウム）の組成比ｘ１が０≦ｘ１＜１の範囲であり、第２の化合物半導体層２２のＡｌの組成比ｘ２が０＜ｘ２≦１の範囲であり、Ａｌの組成比ｘ２がＡｌの組成比ｘ１に比べて大きい（ｘ１＜ｘ２）関係にあるとき、第１の化合物半導体層２１はＡｌx1Ｇａ1-x1Ｎにより表される窒化物半導体材料により構成され、第２の化合物半導体層２２はＡｌx2Ｇａ1-x2Ｎにより表される窒化物半導体材料により構成される。すなわち、化合物半導体機能層２は、アンドープＡｌＧａＮからなる第１の化合物半導体層２１とドープ（ｎドープ）ＡｌＧａＮからなる第２の化合物半導体層２２との積層構造により構成される。また、化合物半導体機能層２は、アンドープＧａＮからなる第１の化合物半導体層２１とドープ（ｎドープ）ＡｌＧａＮからなる第２の化合物半導体層２２との積層構造により構成される。
【００２４】
第１の実施の形態において、第１の化合物半導体層２１の膜厚は例えば０．５μｍ−１０．０μｍに設定され、ここではＧａＮ層の場合その膜厚は例えば０．５μｍ−３．５μｍに設定される。第２の化合物半導体層２２の膜厚は例えば１０ｎｍ−３０ｎｍに設定される。
【００２５】
化合物半導体機能層２において、第１の化合物半導体層２１と第２の化合物半導体層２２とのヘテロ接合界面近傍であって第１の化合物半導体層２１の表面部分に、第１の化合物半導体層２１と第２の化合物半導体層２２との自発分極並びにピエゾ分極に基づく二次元キャリアガスチャネル２４（二次元電子ガス層又は二次元正孔ガス層）が生成される。第１の化合物半導体層２１が例えばＧａＮ層により構成される場合、第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１は、ＧａＮ層のｃ面を利用し、ヘテロ接合界面近傍に自発分極並びにピエゾ分極に基づき自然に二次元キャリアガスチャネル２４が発生する、有極性デバイスである。ここでは、二次元キャリアガスチャネル２４はＨＥＭＴ１において高移動度を有する電子（キャリア）のチャネル領域として機能する。
【００２６】
第１の実施の形態において、第１の主電極３はソース電極として機能し、第２の主電極４はドレイン電極として機能する。第１の主電極３及び第２の主電極４は二次元キャリアガスチャネル２４に対して低抵抗に接続するオーミック電極である。第１の主電極３に印加される電位よりも高い電位が第２の主電極４に印加され、ゲート電極５がオン状態になると、第２の主電極４から第１の主電極３に電流が流れる（キャリアである電子は逆に流れる。）。第１の実施の形態において、第１の主電極３及び第２の主電極４は、例えば１０ｎｍ−５０ｎｍの膜厚を有するＴｉ（チタン）層と、このＴｉ層上に積層され例えば１００ｎｍ−１０００ｎｍの膜厚を有するＡｌ層との積層膜により構成されている。
【００２７】
ゲート電極５は、第２の化合物半導体層２２上に配設され、二次元キャリアガスチャネル２４に対してショットキー接合により接続される。ゲート電極５は、例えば１００ｎｍ−５００ｎｍの膜厚を有するＮｉ（ニッケル）層と、このＮｉ層上に積層され例えば０．１μｍ−１．０μｍの膜厚を有するＡｕ（金）層との積層膜により構成されている。
【００２８】
なお、図１及びそれ以降において明確に図示していないが、耐圧の関係から、第１の主電極３とゲート電極５との間の寸法は第２の主電極４とゲート電極５との間の寸法よりも短く設定されている。
【００２９】
このように構成されるＨＥＭＴ１においては、図２に示すように、化合物半導体機能層２の第２の化合物半導体層２２の、二次元キャリアガスチャネル２４のキャリア密度に影響を及ぼすドーパント濃度が、第１の主電極３と第２の主電極４との間において、第１の主電極３側で高く（濃く）設定され、第１の主電極３側から第２の主電極４側に向かって連続的に減少し、第２の主電極４側で低く（薄く）設定されている。すなわち、第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度は二次元キャリアガスチャネル２４方向に連続的に異なる。
【００３０】
ドーパント濃度が増加すると、第２の化合物半導体層２２のバンドギャップがオフセットされ、キャリアが増加され、電界強度Ｅが強くなる。逆に、ドーパント濃度が減少すると、第２の化合物半導体層２２のバンドギャップのオフセットが小さくなり、キャリアが減少され、電界強度Ｅが弱くなる。
【００３１】
第１の実施の形態において、ドーパントにはIV族元素、例えばｎ型不純物であるシリコン（Ｓｉ）を実用的に使用することができる。そして、第１の主電極３側の高い領域においてドーパント濃度は例えば１０19atoms/cm3−１０21atoms/cm3の範囲内に設定される。第２の主電極４側の低い領域においてドーパント濃度は例えばノンドープに相当する０atoms/cm3−１０17atoms/cm3の範囲内に設定される。従って、ドーパント濃度は例えば０atoms/cm3−１０21atoms/cm3の範囲内において連続的に変化させることが好ましい。
【００３２】
［ＨＥＭＴの動作原理］
図２に示すように、前述の第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１においては、第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度（ここでは、Ｓｉのドープ濃度）が第１の主電極３側で高く、第１の主電極３側から第２の主電極４側に向かう二次元キャリアガスチャネル２４方向に連続的に減少し、第２の主電極４側で低く設定されている。つまり、第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度は第１の主電極３側と第２の主電極４側とでは異なり、かつ非対称である。従って、ＨＥＭＴ１においては二次元キャリアガスチャネル２４のキャリア密度が異なり、第２の主電極４側において二次元キャリアガスチャネル２４のキャリア密度は、第１の主電極４側の二次元キャリアガスチャネル２４のキャリア密度よりも低くなる。
【００３３】
また、図２に示すように、電界強度Ｅは第２の主電極４側において第１の主電極４側よりも低くなる。すなわち、第２の主電極４の電位が第１の主電極３の電位よりも高くなるように電圧を印加してＨＥＭＴ１がオフ状態にあるとき、従来においては第２の主電極４側の電界強度が高くなるが、第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１においては、第２の主電極４側の電界強度Ｅが減少する方向に制御されるので、電界強度分布を均一化することができ、ゲート電極５の第２の主電極４側における電界集中を緩和することができる。従って、ＨＥＭＴ１においては、第２の主電極（ドレイン電極）４の近傍のホットエレクトロンの発生を減少することができるので、電流コラプスの発生を抑制することができる。
【００３４】
また、ＨＥＭＴ１においては、ゲート電極５の第２の主電極４側端に発生する電界強度Ｅを第１の主電極３側端に発生する電界強度Ｅに比べて減少することができるので、破壊耐圧を向上することができる。
【００３５】
［ＨＥＭＴの製造方法］
特に図面を用いてその製造方法を説明しないが、前述のＨＥＭＴ１の第２の化合物半導体層２２は、例えば以下の製造方法により形成される。
【００３６】
まず、第１の化合物半導体層２１上にＧａＮ層又はＡｌＧａＮ層が成膜される。次に、第１の主電極３側側の膜厚が薄く第２の主電極４側の膜厚が厚いマスクを利用し、ＧａＮ層又はＡｌＧａＮ層に二次元キャリアガスチャネル２４方向にドーパント濃度が異なるようにＳｉを導入する。ここでは、第１の主電極３側のＳｉのドープ量が多く、第１の主電極３側から第２の主電極４側に向かって連続的にＳｉのドープ量が減少し、第２の主電極４側のＳｉの導入量が少ない。Ｓｉのドープには例えばイオン注入法を実用的に使用することができる。これらの工程を経て、ドーパント濃度が二次元キャリアガスチャネル２４方向に異なる前述の第２の化合物半導体層２２を形成することができる。
【００３７】
また、第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１の製造方法には、グレースケールマスク法やマスク後退法を利用し、ドーパント濃度が異なるようにＳｉを導入することができる。
【００３８】
［第１の実施の形態の特徴］
以上説明したように、第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１においては、化合物半導体機能層２に生成される二次元キャリアガスチャネル２４のキャリア密度及び電界強度Ｅをキャリア走行方向に変調することができる。この結果、ＨＥＭＴ１においては、第２の主電極４の近傍におけるホットエレクトロンの発生を減少することができ、電流コラプスの発生を抑制することができる。また、ＨＥＭＴ１においては、ゲート電極５端部の電界強度Ｅを低くすることができるので、破壊耐圧を向上することができる。
【００３９】
［第１の変形例］
第１の実施の形態の第１の変形例に係るＨＥＭＴ１は、化合物半導体機能層２の窒化物系半導体材料を代えた例を説明するものである。
【００４０】
第１の変形例に係るＨＥＭＴ１の化合物半導体機能層２は、アンドープＩｎＧａＮからなる第１の化合物半導体層２１とドープＡｌＧａＮからなる第２の化合物半導体層２２との積層構造により構成される。
【００４１】
第１の化合物半導体層２１のＩｎの組成比ｙ１は０＜ｙ１＜１の範囲であり、第１の化合物半導体層２１はＩｎYＧａ1-y1Ｎにより表される窒化物半導体材料である。第２の化合物半導体層２２のＡｌの組成比ｘ２は０＜ｘ２＜１の範囲であり、第２の化合物半導体層２２はＡｌx2Ｇａ1-y2Ｎにより表される窒化物半導体材料である。
【００４２】
第１の変形例に係るＨＥＭＴ１においては、前述の第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１と同様に、化合物半導体機能層２の第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度が、第１の主電極３と第２の主電極４との間において、第１の主電極３側で高く設定され、第１の主電極３側から第２の主電極４側に向かって連続的に減少し、第２の主電極４側で低く設定されている。すなわち、Ａｌの組成比ｘ２は二次元キャリアガスチャネル２４方向に連続的に異なる。
【００４３】
このように構成される第１の変形例に係るＨＥＭＴ１においては、第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１により得られる作用効果と同様の作用効果を奏することができる。
【００４４】
［第２の変形例］
第１の実施の形態の第３の変形例に係るＨＥＭＴ１は、無極性デバイスに本発明を適用した例を説明するものである。
【００４５】
図３に示すように、第２の変形例に係るＨＥＭＴ１においては、第１の化合物半導体層２１とドーパントを有する第２の化合物半導体層２２との間にドーパントを持たないアンドープ第３の化合物半導体層（アンドープ層）２３が配設される。第３の化合物半導体層２３には第２の化合物半導体層２２と同一材料例えばＡｌＧａＮ層を使用することができ、このＡｌＧａＮ層の膜厚は例えば５ｎｍ−１５ｎｍに設定される。
【００４６】
第３の化合物半導体層２３はバリア層として機能し、第２の化合物半導体層２２はキャリア供給層として機能する。なお、積層構造は、この例に限定されるものではなく、第２の化合物半導体層２２上に第３の化合物半導体層２３が積層される積層構造、又は第２の化合物半導体層２２中に第３の化合物半導体層２３が介在した積層構造であってもよい。
【００４７】
また、第１の化合物半導体層２１においては、有極性面であるｃ面ではなく、無極性面であるｍ面又はａ面を利用することができる。
【００４８】
このように構成される第２の変形例に係るＨＥＭＴ１においても、前述の第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１と同様に、第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度が二次元キャリアガスチャネル２４方向に異なる。従って、第２の変形例に係るＨＥＭＴ１においては、第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１により得られる作用効果と同様の作用効果を奏することができる。
【００４９】
なお、第２の変形例に係るＨＥＭＴ１においては、前述の第１の変形例に係るＨＥＭＴ１と同様に、化合物半導体機能層２の窒化物系半導体材料を代えることができる。
【００５０】
［第３の変形例］
第１の実施の形態の第３の変形例に係るＨＥＭＴ１は、化合物半導体機能層の構造を変えた例を説明するものである。
【００５１】
図４に示すように、第３の変形例に係るＨＥＭＴ１においては、第１の化合物半導体層２１とドーパントを有する第２の化合物半導体層２２との間にスペーサ層２５が配設される。スペーサ層２５には窒化物系半導体材料である例えばＡｌＮ層を使用することができ、このＡｌＮ層の膜厚は例えば０．５ｎｍ−１．５ｎｍに設定される。
【００５２】
スペーサ層２５は、第２の化合物半導体層２２から第１の化合物半導体層２１へのキャリアの供給を助長し、二次元キャリアガスチャネル２４の発生を容易にする。従って、第２の変形例に係るＨＥＭＴ１と同様に、第１の化合物半導体層２１においては、有極性面であるｃ面ではなく、無極性面であるｍ面又はａ面を利用することができる。つまり、第３の変形例に係るＨＥＭＴ１は無極性デバイスに適用可能である。
【００５３】
このように構成される第３の変形例に係るＨＥＭＴ１においても、前述の第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１と同様に、第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度が二次元キャリアガスチャネル２４方向に異なる。従って、第３の変形例に係るＨＥＭＴ１においては、第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１により得られる作用効果と同様の作用効果を奏することができる。
【００５４】
なお、第３の変形例に係るＨＥＭＴ１においては、前述の第１の変形例に係るＨＥＭＴ１と同様に、化合物半導体機能層２の窒化物系半導体材料を代えることができる。
【００５５】
［第４の変形例］
第１の実施の形態の第４の変形例に係るＨＥＭＴ１は、化合物半導体機能層の構造を変えた例を説明するものである。
【００５６】
図５に示すように、第４の変形例に係るＨＥＭＴ１においては、化合物半導体機能層２の第２の化合物半導体層２２と第１の主電極３との間、及び第２の化合物半導体層２２と第２の主電極４との間にそれぞれキャップ層２６が配設される。キャップ層２６は、第２の化合物半導体層２２の表面準位を低減し、電流コラプスの発生を抑制する機能を有する。キャップ層２６にはＳｉドープＧａＮ層を使用することができる。
【００５７】
このようなキャップ層２６を有するＨＥＭＴ１においても、前述の第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１と同様に、第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度が二次元キャリアガスチャネル２４方向に異なる。従って、第４の変形例に係るＨＥＭＴ１においては、第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１により得られる作用効果と同様の作用効果を奏することができる。更に、第４の変形例に係るＨＥＭＴ１においては、キャップ層２６を備えたので、より一層電流コラプスの発生を低減することができる。
【００５８】
なお、第４の変形例に係るＨＥＭＴ１においては、前述の第１の変形例乃至第３の変形例に係るいずれかのＨＥＭＴ１と同様に、化合物半導体機能層２の窒化物系半導体材料や構造を代えることができる。
【００５９】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、半導体装置としてＨＥＭＴに本発明を適用し、このＨＥＭＴのキャリア速度の高速化を実現した例を説明するものである。
【００６０】
［ＨＥＭＴの構成］
図６に示すように、第２の実施の形態に係るＨＥＭＴ（半導体装置）１は、基本的な構造は第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１と同様であるが、第２の化合物半導体層２２の第１の主電極３側でドーパント濃度を低く設定し、第１の主電極３から第２の主電極４に向かって連続的にドーパント濃度を増加させ、第２の主電極４側でドーパント濃度を高く設定している。すなわち、第２の実施の形態に係るＨＥＭＴ１は、第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１の第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度が異なる二次元キャリアガスチャネル２４方向に対して、逆の方向に第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度が異なる。
【００６１】
［ＨＥＭＴの動作原理］
図６に示すように、前述の第２の実施の形態に係るＨＥＭＴ１においては、第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度が第１の主電極３側で低く、第１の主電極３側から第２の主電極４側に向かう二次元キャリアガスチャネル２４方向に連続的に増加し、第２の主電極４側で高く設定されている。つまり、第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度は第１の主電極３側と第２の主電極４側とでは異なり、かつ非対称である。従って、ＨＥＭＴ１においては二次元キャリアガスチャネル２４のキャリア密度が異なり、第２の主電極４側において二次元キャリアガスチャネル２４のキャリア密度は、第１の主電極４側の二次元キャリアガスチャネル２４のキャリア密度よりも高くなる。
【００６２】
また、図６に示すように、電界強度Ｅは、第２の主電極４側において第１の主電極３側よりも高くなる。すなわち、第２の主電極４から第１の主電極３に向かう電界方向とは逆方向（キャリアの走行方向）に、電界強度Ｅを高くする（変調する）ことができる。従って、ＨＥＭＴ１においては、第２の主電極（ドレイン電極）４の近傍の二次元キャリアガスチャネル２４のキャリアを加速することができるので、スイッチングスピードの高速化を実現することができる。
【００６３】
なお、第２の実施の形態に係るＨＥＭＴ１の製造方法は前述の第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１の製造方法と同様であるので、ここでの説明は重複するので省略する。また、第２の実施の形態に係るＨＥＭＴ１は、前述の第１の実施の形態の第１の変形例乃至第４の変形例に係るＨＥＭＴ１と同様に化合物半導体機能層２の積層構造や材料を変えることができる。
【００６４】
［第２の実施の形態の特徴］
以上説明したように、第２の実施の形態に係るＨＥＭＴ１においては、化合物半導体機能層２に生成される二次元キャリアガスチャネル２４のキャリア密度及び電界強度Ｅをキャリア走行方向に変調することができる。この結果、ＨＥＭＴ１においては、第２の主電極４の近傍における電界強度Ｅを高めることができ、二次元キャリアガスチャネル２４のキャリアを加速することができるので、スイッチングスピードの高速化を実現することができる。
【００６５】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態は、半導体装置としてＨＥＭＴに本発明を適用し、このＨＥＭＴのキャリア速度の高速化を実現するとともに、破壊耐圧を向上した例を説明するものである。
【００６６】
［ＨＥＭＴの構成］
図７に示すように、第３の実施の形態に係るＨＥＭＴ（半導体装置）１は、基本的な構造は第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１と同様であるが、第２の化合物半導体層２２の第１の主電極３側でドーパント濃度を高く設定し、第１の主電極３からゲート電極５に向かって連続的にドーパント濃度を減少させ、ゲート電極５部分特に第２の主電極４側端部においてドーパント濃度を低く設定し、ゲート電極５から第２の主電極４に向かって連続的にドーパント濃度を増加させ、第２の主電極４側でドーパント濃度を再度高く設定している。すなわち、ＨＥＭＴ１においては、第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度が、ゲート電極５に対応する領域において低く設定され、第２の主電極４側において高く設定される。
【００６７】
［ＨＥＭＴの動作原理］
図７に示すように、前述の第３の実施の形態に係るＨＥＭＴ１においては、第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度が第１の主電極３側で高く、第１の主電極３側からゲート電極５側に向かう二次元キャリアガスチャネル２４方向に連続的に減少し、ゲート電極５に対応する領域において低く設定されている。そして、第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度は、ゲート電極５側から第２の主電極４側に向かう二次元キャリアガスチャネル２４方向に連続的に増加し、第２の主電極４側で高く設定されている。つまり、第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度は、第１の主電極３側及び第２の主電極４側とゲート電極５に対応する領域とでは異なり、ゲート電極５を中心として第１の主電極３側と第２の主電極４側とでほぼ対称となる。従って、ＨＥＭＴ１においては二次元キャリアガスチャネル２４のキャリア密度が異なり、第２の主電極４側において二次元キャリアガスチャネル２４のキャリア密度は、ゲート電極５に対応する領域の二次元キャリアガスチャネル２４のキャリア密度よりも高くなる。
【００６８】
また、図７に示すように、電界強度Ｅは、第２の主電極４側においてゲート電極５に対応する領域よりも高くなる。すなわち、第２の主電極４から第１の主電極３に向かう電界方向とは逆方向（キャリアの走行方向）に、電界強度Ｅを高くする（変調する）ことができる。従って、ＨＥＭＴ１においては、第２の主電極（ドレイン電極）４の近傍の二次元キャリアガスチャネル２４のキャリアを加速することができるので、スイッチングスピードの高速化を実現することができる。
【００６９】
また、ＨＥＭＴ１においては、ゲート電極５の第２の主電極４側端に発生する電界強度Ｅを第２の主電極４側端に発生する電界強度Ｅに比べて減少することができるので、破壊耐圧を向上することができる。
【００７０】
なお、第３の実施の形態に係るＨＥＭＴ１の製造方法は前述の第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１の製造方法と同様であるので、ここでの説明は重複するので省略する。また、第３の実施の形態に係るＨＥＭＴ１は、前述の第１の実施の形態の第１の変形例乃至第４の変形例のいずれかに係るＨＥＭＴ１と同様に化合物半導体機能層２の積層構造や材料を変えることができる。
【００７１】
［第３の実施の形態の特徴］
以上説明したように、第３の実施の形態に係るＨＥＭＴ１においては、化合物半導体機能層２に生成される二次元キャリアガスチャネル２４のキャリア密度及び電界強度Ｅをキャリア走行方向に変調することができる。この結果、ＨＥＭＴ１においては、第２の主電極４の近傍における電界強度Ｅを高めることができ、二次元キャリアガスチャネル２４のキャリアを加速することができるので、スイッチングスピードの高速化を実現することができる。また、ＨＥＭＴ１においては、ゲート電極５端部の電界強度Ｅを低くすることができるので、破壊耐圧を向上することができる。
【００７２】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態は、半導体装置としてＨＥＭＴに本発明を適用し、このＨＥＭＴの電流コラプスの発生を減少した例を説明するものである。
【００７３】
［ＨＥＭＴの構成］
図８に示すように、第４の実施の形態に係るＨＥＭＴ（半導体装置）１は、基本的な構造は第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１と同様であるが、第２の化合物半導体層２２の第１の主電極３側でドーパント濃度を低く設定し、第１の主電極３からゲート電極５に向かって連続的にドーパント濃度を増加させ、ゲート電極５部分においてドーパント濃度を高く設定し、ゲート電極５から第２の主電極４に向かって連続的にドーパント濃度を減少させ、第２の主電極４側でドーパント濃度を再度低く設定している。すなわち、ＨＥＭＴ１においては、第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度が、ゲート電極５に対応する領域において高く設定され、第２の主電極４側において低く設定される。
【００７４】
［ＨＥＭＴの動作原理］
図８に示すように、前述の第４の実施の形態に係るＨＥＭＴ１においては、第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度が第１の主電極３側で低く、第１の主電極３側からゲート電極５側に向かう二次元キャリアガスチャネル２４方向に連続的に増加し、ゲート電極５に対応する領域において高く設定されている。そして、第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度は、ゲート電極５側から第２の主電極４側に向かう二次元キャリアガスチャネル２４方向に連続的に減少し、第２の主電極４側で低く設定されている。つまり、第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度は、第１の主電極３側及び第２の主電極４側とゲート電極５に対応する領域とでは異なり、ゲート電極５を中心として第１の主電極３側と第２の主電極４側とでほぼ対称となる。従って、ＨＥＭＴ１においては二次元キャリアガスチャネル２４のキャリア密度が異なり、第２の主電極４側において二次元キャリアガスチャネル２４のキャリア密度は、ゲート電極５に対応する領域の二次元キャリアガスチャネル２４のキャリア密度よりも低くなる。
【００７５】
また、図８に示すように、電界強度Ｅは、第２の主電極４側においてゲート電極５に対応する領域よりも低くなる。すなわち、第２の主電極４の電位が第１の主電極３の電位よりも高くなるように電圧を印加してＨＥＭＴ１がオフ状態にあるとき、従来においては第２の主電極４側の電界強度が高くなるが、第４の実施の形態に係るＨＥＭＴ１においては、電界強度Ｅを減少する方向に制御し、電界強度分布を均一化することができる。従って、ＨＥＭＴ１においては、第２の主電極（ドレイン電極）４の近傍のホットエレクトロンの発生を減少することができるので、電流コラプスの発生を抑制することができる。また、ゲート電極５直下のドーパント濃度を低減させ、キャリア密度を低減させる構造とすれば、ゲートリーク電流を抑制することができる。
【００７６】
なお、第４の実施の形態に係るＨＥＭＴ１の製造方法は前述の第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１の製造方法と同様であるので、ここでの説明は重複するので省略する。また、第４の実施の形態に係るＨＥＭＴ１は、前述の第１の実施の形態の第１の変形例乃至第４の変形例に係るいずれかのＨＥＭＴ１と同様に化合物半導体機能層２の積層構造や材料を変えることができる。
【００７７】
［第４の実施の形態の特徴］
以上説明したように、第４の実施の形態に係るＨＥＭＴ１においては、化合物半導体機能層２に生成される二次元キャリアガスチャネル２４のキャリア密度及び電界強度Ｅをキャリア走行方向に変調することができる。この結果、ＨＥＭＴ１においては、第２の主電極４の近傍におけるホットエレクトロンの発生を減少することができ、電流コラプスの発生を抑制することができる。
【００７８】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態は、半導体装置としてＨＥＭＴに本発明を適用し、このＨＥＭＴの電流コラプスの発生を減少した例を説明するものである。
【００７９】
［ＨＥＭＴの構成］
図９に示すように、第５の実施の形態に係るＨＥＭＴ（半導体装置）１は、基本的な構造は第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１と同様であるが、第２の化合物半導体層２２の第１の主電極３側でドーパント濃度を高く設定し、第１の主電極３から第２の主電極４に向かって段階的にドーパント濃度を減少させ、第２の主電極４側でドーパント濃度を低く設定している。すなわち、ＨＥＭＴ１においては、第２の化合物半導体層２２は、ドーパント濃度が高く設定された第１の領域２２Ａを第１の主電極３側に配設し、ドーパント濃度が低く設定された第３の領域２２Ｃを第２の主電極４側に配設し、双方の中間のドーパント濃度に設定された第２の領域２２Ｂを第１の領域２２Ａと第３の領域２２Ｃとの間に配設する。ここで、段階的にとは、一定のドーパント濃度の領域が二次元キャリアガスチャネル２４方向に所定距離で連続して続き、次にそれと異なる他の一定のドーパント濃度の領域が二次元キャリアガスチャネル２４方向に所定距離で連続して続くことを意味する。
【００８０】
［ＨＥＭＴの動作原理］
図９に示すように、前述の第５の実施の形態に係るＨＥＭＴ１においては、第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度が第１の主電極３側で高く、第１の主電極３側から第２の主電極４側に向かう二次元キャリアガスチャネル２４方向に段階的に減少し、第２の主電極４側で低く設定されている。つまり、第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度は、第１の主電極３側と第２の主電極４側とでは異なり、かつ非対称となる。従って、ＨＥＭＴ１においては二次元キャリアガスチャネル２４のキャリア密度が異なり、第２の主電極４側において二次元キャリアガスチャネル２４のキャリア密度は、ゲート電極５に対応する領域の二次元キャリアガスチャネル２４のキャリア密度よりも低くなる。
【００８１】
また、図９に示すように、電界強度Ｅは、第２の主電極４側において第１の主電極３側に対応する領域よりも低くなる。すなわち、第２の主電極４の電位が第１の主電極３の電位よりも高くなるように電圧を印加してＨＥＭＴ１がオフ状態にあるとき、従来においては第２の主電極４側の電界強度が高くなるが、第５の実施の形態に係るＨＥＭＴ１においては、電界強度Ｅを減少する方向に制御し、電界強度分布を均一化することができる。従って、ＨＥＭＴ１においては、第２の主電極（ドレイン電極）４の近傍のホットエレクトロンの発生を減少することができるので、電流コラプスの発生を抑制することができる。
【００８２】
［ＨＥＭＴの製造方法］
前述の第５の実施の形態に係るＨＥＭＴ１の製造方法は以下の通りである。
【００８３】
まず、図１０に示すように、第１の化合物半導体層２１上に第２の化合物半導体層２２が形成される。第２の化合物半導体層２２は例えば例えばＭＯＣＶＤ法により成膜される。
【００８４】
図１１に示すように、第２の化合物半導体層２２の少なくとも第３の領域２２Ｃの形成領域、ここでは第１の領域２２Ａ、第２の領域２２Ｂ及び第３の領域２２Ｃのそれぞれの形成領域に低濃度においてドーパントが導入され、第２の化合物半導体層２２の全域に第３の領域２２Ｃが形成される。ドーパントには前述の第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１の製造方法において説明したように例えばＳｉが使用され、Ｓｉはイオン注入法を用いて導入される。ドーパント濃度は例えば１０16atoms/cm3−１０17atoms/cm3の範囲内に設定される。
【００８５】
次に、第２の化合物半導体層２２の第２の領域２２Ｂの形成領域が開口され、少なくとも第３の領域２２Ｃの形成領域を覆うマスク２２０が形成される。図１２に示すように、マスク２２０を使用し、少なくとも第２の領域２２Ｂの形成領域に中濃度になるようにドーパントが導入される。ドーパントには前述と同様に例えばＳｉが使用され、Ｓｉはイオン注入法を用いて導入される。ドーパント濃度は例えば１０18atoms/cm3−１０19atoms/cm3の範囲内に設定される。この後、マスク２２０は除去される。
【００８６】
次に、第２の化合物半導体層２２の第１の領域２２Ａの形成領域が開口され、第２の領域２２Ｂ及び第３の領域２２Ｃの形成領域を覆うマスク２２１が形成される。図１３に示すように、マスク２２１を使用し、第１の領域２２Ａの形成領域に高濃度になるようにドーパントが導入される。ドーパントには前述と同様に例えばＳｉが使用され、Ｓｉはイオン注入法を用いて導入される。ドーパント濃度は例えば１０20atoms/cm3−１０21atoms/cm3の範囲内に設定される。第１の領域２２Ａが形成されると、二次元キャリアガスチャネル２４方向にドーパント濃度が異なる第２の化合物半導体層２２が完成する。この後、マスク２２１は除去される。
【００８７】
なお、第２の化合物半導体層２２の第１の領域２２Ａ、第２の領域２２Ｂ、第３の領域２２Ｃのそれぞれに個別にドーパントを導入する場合には、各領域の導入順序は特に限定されるものではない。
【００８８】
なお、前述の第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１の製造方法と同様に、第１の主電極３側の膜厚が薄く、第２の主電極４側に向かって段階的に膜厚が厚くなるマスクを形成し、このマスクを用いてイオン注入によりＳｉをドープし、ドーパント濃度を変えることができる。この場合には、１回のイオン注入工程によりドーパント濃度を変えることができ、製造工程数を削減することができる。
【００８９】
［第５の実施の形態の特徴］
以上説明したように、第５の実施の形態に係るＨＥＭＴ１においては、化合物半導体機能層２に生成される二次元キャリアガスチャネル２４のキャリア密度及び電界強度Ｅをキャリア走行方向に変調することができる。この結果、ＨＥＭＴ１においては、第２の主電極４の近傍におけるホットエレクトロンの発生を減少することができ、電流コラプスの発生を抑制することができる。
【００９０】
なお、第５の実施の形態に係るＨＥＭＴ１は、前述の第１の実施の形態の第１の変形例乃至第４の変形例に係るいずれかのＨＥＭＴ１と同様に化合物半導体機能層２の積層構造や材料を変えることができる。
【００９１】
［変形例］
第５の実施の形態の変形例に係るＨＥＭＴ１は、前述の図９に示す第５の実施の形態に係るＨＥＭＴ１において、化合物半導体機能層２の第２の化合物半導体層２２の第１の主電極３側に配設された第１の領域２２Ａのドーパント濃度を低く、第３の領域２２Ｃのドーパント濃度を高く、第２の領域２２Ｂのドーパント濃度を双方の中間に設定している。つまり、第５の実施の形態の変形例に係るＨＥＭＴ１は、第２の化合物半導体層２２の第１の主電極３側でドーパント濃度を低く設定し、第１の主電極３から第２の主電極４に向かって段階的にドーパント濃度を増加させ、第２の主電極４側でドーパント濃度を高く設定している。
【００９２】
このように構成される第５の実施の形態の変形例に係るＨＥＭＴ１においては、化合物半導体機能層２に生成される二次元キャリアガスチャネル２４のキャリア密度及び電界強度Ｅをキャリア走行方向に変調することができる。この結果、ＨＥＭＴ１においては、第２の主電極４の近傍における電界強度Ｅを高めることができ、二次元キャリアガスチャネル２４のキャリアを加速することができるので、スイッチングスピードの高速化を実現することができる。
【００９３】
（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態は、半導体装置として２端子素子であるショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）に本発明を適用し、このＳＢＤの耐圧を向上した例を説明するものである。
【００９４】
［ＳＢＤの構成］
図１４に示すように、第４の実施の形態に係るＳＢＤ（半導体装置）１１は、二次元キャリアガスチャネル２４を有する第１の化合物半導体層２１と、第１の化合物半導体層２１上にヘテロ接合により配設された第２の化合物半導体層２２と、二次元キャリアガスチャネル２４の一端に電気的に接続された第１の主電極３と、二次元キャリアガスチャネル２４の一端に離間する他端に電気的に接続された第２の主電極４とを備え、第１の主電極３と第２の主電極４との間において、第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度が二次元キャリアガスチャネル２４方向に異なる。第６の実施の形態において、第１の主電極３は二次元キャリアガスチャネル２４にオーミック接続するカソード電極として使用され、第２の主電極４は二次元キャリアガスチャネル２４にショットキー接続するアノード電極として使用される。
【００９５】
化合物半導体機能層２は、ここでは前述の第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１の化合物半導体機能層２と同様に窒化物系半導体機能層である。そして、第２の化合物半導体層２２の第１の主電極３と第２の主電極４との間において第１の主電極３（アノード電極）側のドーパント濃度が、第２の主電極（カソード電極）４側のドーパント濃度に対して高く設定されている。
【００９６】
ＳＢＤ１１においては、ショットキー接続となる第２の主電極（カソード電極）４側に電界が集中し易い。従って、前述の第１の実施の形態に係るＨＥＭＴ１と同様に、第２の化合物半導体層２２の第２の主電極４側のドーパント濃度を低く設定することにより、ＳＢＤ１１においては、二次元キャリアガスチャネル２４の第２の主電極４の近傍のキャリア密度を低下させ、電界強度Ｅを減少することができる。
【００９７】
なお、第６の実施の形態に係るＳＢＤ１１の化合物半導体機能層２の積層構造や材料は、前述の第１の実施の形態の第１の変形例乃至第４の変形例に係るいずれかのＨＥＭＴ１の化合物半導体機能層２の積層構造や材料に変えてもよい。
【００９８】
［第６の実施の形態の特徴］
以上説明したように、第６の実施の形態に係るＳＢＤ１１においては、化合物半導体機能層２に生成される二次元キャリアガスチャネル２４のキャリア密度及び電界強度Ｅをキャリア走行方向に変調することができる。この結果、ＳＢＤ１１においては、第２の主電極４の近傍における電界強度Ｅを弱めることができるので、破壊耐圧を向上することができる。
【００９９】
［変形例］
図１５に示す第６の実施の形態の変形例に係るＳＢＤ１１は、図１４に示すＳＢＤ１１と基本的な構造は同様であるが、第２の化合物半導体層２２の第１の主電極３側のドーパント濃度を低く設定し、第２の化合物半導体層２２の第２の主電極４側のドーパント濃度を高く設定している。
【０１００】
このように構成される変形例に係るＳＢＤ１１においては、前述の第２の実施の形態に係るＨＥＭＴ１において説明したように、化合物半導体機能層２に生成される二次元キャリアガスチャネル２４のキャリア密度及び電界強度Ｅをキャリア走行方向に変調することができる。この結果、ＳＢＤ１１においては、第２の主電極４の近傍における電界強度Ｅを高めることができ、二次元キャリアガスチャネル２４のキャリアを加速することができるので、スイッチングスピードの高速化を実現することができる。
【０１０１】
なお、第６の実施の形態並びにその変形例に係るＳＢＤ１１においては、第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度を二次元キャリアガスチャネル２４方向に連続的に変化させているが、前述の第５の実施の形態に係るＨＥＭＴ１と同様に、第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度を二次元キャリアガスチャネル２４方向に段階的に変化させてもよい。また、第６の実施の形態並びにその変形例に係るＳＢＤ１１において、第２の化合物半導体層２２の積層構造や材料は、前述の第１の実施の形態の第１の変形例乃至第４の変形例に係るいずれかのＨＥＭＴ１と同様に変えてもよい。
【０１０２】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は複数の実施の形態によって記載されているが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものでない。本発明は様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術に適用することができる。
【０１０３】
例えば、本発明は、第１の主電極３、第２の主電極４及びゲート電極５の少なくとも一方の底面を第１の化合物半導体層２１に達するまで彫り込んでもよい。また、本発明は、ゲート電極５も周知のリセスゲート構造のように彫り込んでもよい。
【０１０４】
更に、本発明は、第２の主電極４の第１の主電極３とは反対側の端部から第２の化合物半導体層２２の端部に向かって第２の化合物半導体層２２の厚みを増加するように構成してもよい。
【０１０５】
更に、本発明は、単層構造又は複数層構造に限らず、第２の化合物半導体層２２の厚さ方向にドーパント濃度を変えてもよい。
【０１０６】
更に、本発明は、第２の化合物半導体層２２のドーパント濃度を二次元キャリアガスチャネル２４方向に２段階又は４段階以上に段階的に変化させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の要部断面図である。
【図２】図１に示す半導体装置の電界分布状態並びにドーパント濃度プロファイルを説明する模式的断面図である。
【図３】第１の実施の形態の第３の変形例に係る半導体装置の要部断面図である。
【図４】第１の実施の形態の第４の変形例に係る半導体装置の要部断面図である。
【図５】第１の実施の形態の第５の変形例に係る半導体装置の要部断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の電界分布状態並びにドーパント濃度プロファイルを説明する模式的断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の電界分布状態並びにドーパント濃度プロファイルを説明する模式的断面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る半導体装置の電界分布状態並びにドーパント濃度プロファイルを説明する模式的断面図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態に係る半導体装置の電界分布状態並びにドーパント濃度プロファイルを説明する模式的断面図である。
【図１０】第５の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する第１の工程断面図である。
【図１１】第２の工程断面図である。
【図１２】第３の工程断面図である。
【図１３】第４の工程断面図である。
【図１４】本発明の第６の実施の形態に係る半導体装置の電界分布状態並びにドーパント濃度プロファイルを説明する模式的断面図である。
【図１５】第６の実施の形態の変形例に係る半導体装置の電界分布状態並びにドーパント濃度プロファイルを説明する模式的断面図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１…半導体装置（ＨＥＭＴ）
２…化合物半導体機能層
２１…第１の化合物半導体層（キャリア通過領域）
２２…第２の化合物半導体層（キャリア発生領域）
２２Ａ…第１の領域
２２Ｂ…第２の領域
２２Ｃ…第３の領域
２２１、２２２…マスク
２３…第３の化合物半導体層（アンドープ層）
２４…二次元キャリアガスチャネル
２５…スペーサ層
２６…キャップ層
３…第１の主電極（ソース電極又はアノード電極）
４…第２の主電極（ドレイン電極又はカソード電極）
５…ゲート電極
１１…半導体装置（ＳＢＤ）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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