(57)【要約】【課題】順方向動作において順方向特性を比較的保持しながら逆方向リーク電流を減少することができる半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置（横型ＳＢＤ）１において、二次元キャリアガス層２３が生成される第１の窒化物系半導体領域２１上にバリア層として機能する第２の窒化物系半導体領域２２を有する窒化物系半導体機能層２と、二次元キャリアガス層２３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層２３の他端に電気的に接続された第２の主電極４と、第１の主電極３と第２の主電極４との間に配設され、第１の主電極３に電気的に接続されるとともに、二次元キャリアガス層２３のキャリア密度を減少する金属酸化物膜６とを備える。【選択図】図１
2010087274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元キャリアガス層が生成される第１の窒化物系半導体領域上にバリア層として機能する第２の窒化物系半導体領域を有する窒化物系半導体機能層と、
前記二次元キャリアガス層の一端に電気的に接続された第１の主電極と、
前記二次元キャリアガス層の他端に電気的に接続された第２の主電極と、
前記第１の主電極と前記第２の主電極との間に配設され、前記第１の主電極に電気的に接続される金属酸化物膜と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
二次元キャリアガス層が生成される第１の窒化物系半導体領域上にバリア層として機能する第２の窒化物系半導体領域を有する窒化物系半導体機能層と、
前記二次元キャリアガス層の一端に電気的に接続された第１の主電極と、
前記二次元キャリアガス層の他端にオーミック接触により接続された第２の主電極と、
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二次元キャリアガス層に前記窒化物系半導体機能層の一部を介して配設され、直下の前記二次元キャリアガス層を低減し、かつ前記第１の主電極に電気的に接続された金属酸化物膜と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記金属酸化物膜は、酸化ニッケル、酸化鉄、酸化コバルト、酸化マンガン又は酸化銅のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記金属酸化物膜は前記第１の主電極の周囲を断続的又は連続的に取り囲む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】
前記金属酸化物膜は、前記窒化物系半導体機能層の表面から前記二次元キャリアガス層側に形成されたリセス内に配設されている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】
前記電極上に絶縁膜を介して前記第１の主電極が延伸されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体装置。
【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、特にヘテロ接合近傍に二次元キャリアガス層が生成される窒化物系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）とアルミニウムガリウムナイトライド（ＡｌＧａＮ）とのヘテロ接合構造を利用した横型ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）が知られている。この横型ＳＢＤは、ＧａＮ層とその上にヘテロ接合により形成されたＡｌＧａＮ層とを有する窒化物系半導体機能層に構成され、ＧａＮ層のヘテロ接合近傍に生成される２次元電子ガス（２ＤＥＧ：two-dimensional electron gas）チャネル層と、この二次元電子ガス層の一端及び他端にトンネル効果などによってそれぞれ電気的に接続されたアノード電極及びカソード電極とを備えている。
【０００３】
アノード電極は二次元電子ガスチャネル層の一端にショットキー障壁をなして電気的に接続されている。アノード電極には、例えばニッケル（Ｎｉ）層とその上に形成された金（Ａｕ）層との複合膜等が使用されている。
【０００４】
これに対して、カソード電極は二次元電子ガスチャネル層の他端にオーミック接触により接続されている。カソード電極には、例えばチタン（Ｔｉ）層とその上に形成されたアルミニウム（Ａｌ）層との複合膜等が使用されている。
【０００５】
なお、横型ＳＢＤに関しては例えば下記特許文献１に記載されている。
【非特許文献１】国際公開２００６／０３８３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述の横型ＳＢＤにおいては、以下の点について配慮がなされていなかった。前述のように、横型ＳＢＤのアノード電極にはＮｉ層とＡｕ層との複合膜が使用されているが、逆方向リーク電流が大きいという課題がある。アノード電極の電極材料にプラチナ（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）等の遷移金属を選択的に使用することによって逆方向リーク電流を減少することができるが、逆方向リーク電流の抑制効果を十分に得ることができない。更に、このような電極材料をアノード電極に使用した場合には、横型ＳＢＤの順方向動作において、立ち上がり電圧Ｖｆが高くなる。また、横型ＳＢＤの順方向動作において、微分オン抵抗が高くなる。
【０００７】
窒化物系半導体機能層の結晶成長の観点から、ヘテロ接合界面近傍に生成される二次元電子ガスチャネル層のキャリア密度を減少し、逆方向リーク電流を抑制することが考えられる。しかしながら、キャリア密度を減少すると、従来の横型ＳＢＤの順方向動作において微分オン抵抗が高くなる。つまり、逆方向リーク電流の減少と微分オン抵抗の減少とはトレードオフの関係を有する。
【０００８】
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、順方向動作において順方向特性を比較的保持しながら、逆方向リーク電流を減少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】
【０００９】
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層が生成される第１の窒化物系半導体領域上にバリア層として機能する第２の窒化物系半導体領域を有する窒化物系半導体機能層と、二次元キャリアガス層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層の他端に電気的に接続された第２の主電極と、第１の主電極と第２の主電極との間に配設され、第１の主電極に電気的に接続される金属酸化物膜とを備える。
【００１０】
本発明の実施の形態係る第２の特徴は、半導体装置において、二次元キャリアガス層が生成される第１の窒化物系半導体領域上にバリア層として機能する第２の窒化物系半導体領域を有する窒化物系半導体機能層と、二次元キャリアガス層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層の他端にオーミック接触により接続された第２の主電極と、第１の主電極と第２の主電極との間において二次元キャリアガス層に窒化物系半導体機能層の一部を介して配設され、直下の前記二次元キャリアガス層を低減し、かつ第１の主電極に電気的に接続された金属酸化物膜とを備える。
【００１１】
第１の特徴又は第２の特徴に係る半導体装置において、金属酸化物膜は、酸化ニッケル、酸化鉄、酸化コバルト、酸化マンガン又は酸化銅のいずれかであることが好ましい。
【００１２】
第１の特徴又は第２の特徴に係る半導体装置において、金属酸化物膜は第１の主電極の周囲を断続的又は連続的に取り囲むことが好ましい。
【００１３】
第１の特徴又は第２の特徴に係る半導体装置において、金属酸化物膜は、窒化物系半導体機能層の表面から二次元キャリアガス層側に形成されたリセス内に配設されていることが好ましい。
【００１４】
更に、第１の特徴又は第２の特徴に係る半導体装置において、金属酸化物膜上に絶縁膜を介して第１の主電極が延伸されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、順方向動作において順方向特性を比較的保持しながら、逆方向リーク電流を減少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】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態は、半導体装置として横型ＳＢＤに本発明を適用した例を説明するものである。
【００１９】
［横型ＳＢＤの構成］
図１に示すように、第１の実施の形態に係る横型ＳＢＤ（半導体装置）１は、二次元キャリアガス層（キャリア通過領域）２３が生成される第１の窒化物系半導体領域２１上にバリア層（キャリア発生領域）として機能する第２の窒化物系半導体領域２２を有する窒化物系半導体機能層２と、二次元キャリアガス層２３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層２３の他端に電気的に接続された第２の主電極４と、第１の主電極３と第２の主電極４との間において二次元キャリアガス層２３に窒化物系半導体機能層２の一部を介して配設され、第１の主電極３に電気的に接続されるとともに、第１の主電極３及び第２の主電極４直下の二次元キャリアガス層２３のキャリア密度に比べて、直下における二次元キャリアガス層２３のキャリア密度を減少する金属酸化物膜６とを備える。第１の実施の形態において、第１の主電極３はアノード電極であり、第２の主電極４はカソード電極である。また、二次元キャリアガス層２３は二次元電子ガス層である。なお、ここで主電極と二次元キャリアガス層２３との間の電気的接続とは主電極と二次元キャリアガス層２３との間に窒化物系半導体機能層２を有し、主電極と二次元キャリアガス層２３との間をトンネル効果によって接続することをも含むこととする。
【００２０】
窒化物系半導体機能層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窒化物系半導体機能層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ている。窒化物系半導体機能層２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。第１の実施の形態において、窒化物系半導体機能層２の第１の窒化物系半導体領域２１はＧａＮ層により構成されている。第２の窒化物系半導体領域２２は、第１の窒化物系半導体領域２１よりも格子定数が小さく及びバンドギャップが大きいＡｌＧａＮ層により構成されている。第２の窒化物系半導体領域２２は第１の窒化物系半導体領域２１の表面上にヘテロ接合により配設される。
【００２１】
第１の実施の形態において、第１の窒化物系半導体領域２１の膜厚は例えば０．５μｍ−１０．０μｍに設定され、ここではＧａＮ層を使用しているので、このＧａＮ層の膜厚は例えば２．５μｍ−３．５μｍに設定される。第２の窒化物系半導体領域２２のＡｌＧａＮ層の膜厚は例えば５．０ｎｍ−１００．０ｎｍに設定されている。窒化物系半導体機能層２において、第１の窒化物系半導体領域２１と第２の窒化物系半導体領域２２とのヘテロ接合界面近傍であって第１の窒化物系半導体領域２１側に第１の窒化物系半導体領域２１及び第２の窒化物系半導体領域２２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層２３が生成される。この二次元キャリアガス層２３は横型ＳＢＤ１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。
【００２２】
第１の主電極（アノード電極）３は、二次元キャリアガス層２３の一端にショットキー障壁をなして電気的に接続される電極材料により構成される。ショットキー障壁をなす電極材料には、例えば１０ｎｍ−５０ｎｍの膜厚を有するＮｉ層と、このＮｉ層上に積層され１００ｎｍ−１０００ｎｍの膜厚を有するＡｕ層との積層膜を使用することができる。なお、横型ＳＢＤ１の順方向電圧印加時の立ち上がり電圧を低減するため、第1の主電極３の電極材料は、金属酸化物膜６よりも順方向電圧印加時の立ち上がり電圧が低い電極材料を選択する事が望ましい。第２の主電極（カソード電極）４は、二次元キャリアガス層２３の他端にオーミック接触によって電気的に接続される電極材料により構成される。オーミック接触をなす電極材料には、例えば１０ｎｍ−５０ｎｍの膜厚を有するＴｉ層と、このＴｉ層上に積層され１００ｎｍ−１０００ｎｍの膜厚を有するＡｌ層との積層膜を使用することができる。
【００２３】
金属酸化物膜６は、少なくとも第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側に配設されている。すなわち、第１の主電極３はアノード電極であり、横型ＳＢＤ１の逆方向動作時において電界が集中し、リーク電流経路の主経路となる第１の主電極３端に金属酸化物膜６が配設される。実際には、第１の主電極３を中心としてその周囲に二次元キャリアガス層２３が生成され、第１の主電極３の周囲全域がリーク電流経路となるので、金属酸化物膜６は第１の主電極３を中心としてその周囲を取り囲む連続的な平面形状例えばリングパターンにより構成される。また、第１の主電極３の周囲全体において、横型ＳＢＤ１の逆方向動作時に隣り合う互いの空乏層が連結されるように、金属酸化物膜６は第１の主電極３を中心としてその周囲を取り囲む断続的な平面形状例えばドットパターンにより構成してもよい。
【００２４】
金属酸化物膜６は、横型ＳＢＤ１の逆方向動作時に、第１の主電極３端の直下の電界が集中する領域において、二次元キャリアガス層２３のキャリア密度（電子密度）を制御する。
【００２５】
金属酸化物膜６には、横型ＳＢＤ１の逆方向リーク電流を低減するため、金属酸化物膜６の材料は、第１の主電極３の電極材料よりも逆方向リーク電流が低い材料（絶縁性に近い材料）から選択する事が望ましい。金属酸化物膜６には、ｐ型金属酸化物からなる材料が使用される。具体的には、酸化ニッケル（ＮｉＯx：ｘは、任意の数値であり、例えば２である。）を実用的に使用することができる。また、金属酸化物膜６には、酸化鉄（ＦｅＯx：ｘは、任意の数値であり、例えば２である。）、酸化コバルト（ＣｏＯx：ｘは、任意の数値であり、例えば２である。）、酸化マンガン（ＭｎＯx：ｘは、任意の数値であり、例えば１である。）若しくは酸化銅（ＣｕＯx：ｘは、任意の数値であり、例えば１である。）のいずれか１つ、又はＮｉＯを含めていずれか２以上を組み合わせた複合膜を使用することができる。第１の実施の形態においては、例えば金属酸化物膜６にはＮｉＯが使用され、このＮｉＯ層の膜厚は比較的厚く形成され、例えば５ｎｍ−５００ｎｍより好ましくは５ｎｍ−４００ｎｍに設定される。
【００２６】
金属酸化物膜６はリフトオフ法とスパッタリング法とを利用して形成される。金属酸化物膜６を形成する時には、窒化物系半導体機能層２上にリフトオフ法を用いて金属酸化物膜６の形成領域が開口されたマスクを形成した後、スパッタリング装置内に配置し、スパッタリング装置内を、室温で酸素を含む雰囲気（好ましくはアルゴンと酸素の混合ガス）とし、金属酸化物膜６の材料であるニッケル酸化物（ＮｉＯ）をスパッタリングで形成することによってマスクの開口内及びマスク上に金属酸化物が形成されるとともに、マスクの除去に伴いマスク上の不要な材料が除去されて金属酸化物膜６を得る。酸素を含む雰囲気でニッケル酸化物をスパッタリングすると、比較的正孔濃度の高い金属酸化物膜６を容易に得ることができる。
【００２７】
特に酸素を含む雰囲気でニッケル酸化物をスパッタリングすることによって形成された金属酸化物膜６は、比較的大きい抵抗率を有する。従って、金属酸化物膜６は、金属酸化物膜６の下のポテンシャルを比較的高く引き上げて、金属酸化物膜６の直下に対応する第１の窒化物系半導体領域２１の２次元キャリアガス層２３が生成されることを抑制するとともに、逆方向リーク電流を抑制することができる。
【００２８】
さらに、金属酸化物からなる材料は、パターンニングを容易に行え、製造し易い。なお、これらのことが許容可能である場合には、金属酸化物膜６にｐ型ＧａＮ層やｐ型ＡｌＧａＮ層を使用することができる。
【００２９】
第１の実施の形態に係る横型ＳＢＤ１においては、更に、金属酸化物膜６上に絶縁膜（パッシベーション膜）５を介在して第１の主電極３が延伸されており、金属酸化物膜６の平面形状の範囲内において第１の主電極３の延伸部分が重複して配設される。この第１の主電極３の延伸部分は、フィールドプレートとして機能する。
【００３０】
［横型ＳＢＤの動作］
前述の図１に示す横型ＳＢＤ１において、順方向動作は以下の通りである。第１の主電極３に高い電圧が印加され、第２の主電極４にそれよりも低い電圧が印加される。そして、第１の主電極３と第２の主電極４との電位差が立ち上がり電圧Ｖｆを超えると、第１の主電極３から二次元キャリアガス層２３を通して第２の主電極４に順方向電流が流れる。このとき、二次元キャリアガス層２３のキャリア密度は一定であり、立ち上がり電圧Ｖｆ並びに微分オン抵抗を減少することができる。
【００３１】
一方、横型ＳＢＤにおいて、逆方向動作は以下の通りである。第１の主電極３及び第２の主電極４に電圧が印加されていないか、又は第１の主電極３に低い電圧が印加され、第２の主電極４にそれよりも高い電圧が印加される。このとき、金属酸化物膜６にも第１の主電極３と同一の電位が印加され、第１の主電極３端であって金属酸化物膜６直下の二次元キャリアガス層２３のキャリア密度を減少することができる。なお、金属酸化物膜６は第１の主電極３に比べて比較的逆方向リーク電流の小さい材料を選択する事で、横型ＳＢＤ１において逆方向リーク電流をより抑制する事ができる。この結果、リーク電流経路を減少若しくは遮断することができるので、逆方向リーク電流を減少することができる。
【００３２】
［第１の実施の形態の特徴］
図２は第１の実施の形態に係る横型ＳＢＤ１の逆方向特性を示す。図２の横軸は逆方向電圧Ｖｒを示し、縦軸はリーク電流Ｉａを示す。金属酸化物膜６を備えない比較例の逆方向リーク電流Ｉａに対して、第１の実施の形態に係る金属酸化物膜６を備えた横型ＳＢＤ１の逆方向リーク電流Ｉａを１桁以上減少することができる。
【００３３】
このように構成される第１の実施の形態に係る横型ＳＢＤにおいては、第１の主電極３と第２の主電極４との間に金属酸化物膜６を備え、逆方向動作時に金属酸化物膜６直下の二次元キャリアガス層２３のキャリア密度を減少することができるので、順方向動作において順方向特性を比較的保持しながら逆方向リーク電流を減少することができる。
【００３４】
［第１の変形例］
第１の実施の形態の第１の変形例に係る横型ＳＢＤ１は、図３に示すように、逆方向動作時において、金属酸化物膜６と第２の窒化物系半導体領域２２との接合界面から窒化物系半導体機能層２側に空乏層６１を生成する。空乏層６１は、二次元キャリアガス層２３に少なくとも到達し、好ましくは二次元キャリアガス層２３を横切る。空乏層６１が二次元キャリアガス層２３を横切る場合には、第１の主電極３端であって金属酸化物膜６直下の二次元キャリアガス層２３が完全に空乏化される。従って、第１の主電極３は第２の主電極４と同様にオーミック電極としてもよい。この場合、オン電圧を低減することができる。
【００３５】
このように構成される第１の実施の形態の第１の変形例に係る横型ＳＢＤにおいては、金属酸化物膜６を備え、金属酸化物膜６と窒化物系半導体機能層２との接合界面から窒化物系半導体機能層２側に生成される空乏層６１によって、逆方向動作時に第１の主電極３端の二次元キャリアガス層２３のキャリア密度を減少し更には二次元キャリアガス層２３を遮断することができるので、順方向動作において順方向特性を比較的保持しながら逆方向リーク電流を減少することができる。特に、第１の主電極３を第２の主電極４と同様にオーミック電極とした場合には、オン電圧を低減することができる。
【００３６】
［第２の変形例］
第１の実施の形態の第２の変形例に係る横型ＳＢＤ１は、図４（ａ）に示すように、第２の窒化物系半導体領域２２の表面から二次元キャリアガス層２３側に向かって配設されたリセス（凹部又は溝）２４を更に備え、第２の窒化物系半導体領域２２の一部を介して配設され、このリセス２４内部（窒化物系半導体機能層２のリセス２４の少なくとも底面又は側面又はその両方）に金属酸化物膜６を配設する。リセス２４は、第２の窒化物系半導体領域２２の表面を掘り込んでいるので、金属酸化物膜６と二次元キャリアガス層２３との間の実効的な距離を短くしている。すなわち、リセス２４の内部に金属酸化物膜６を埋設することにより、逆方向動作時において、空乏層６１は二次元キャリアガス層２３を横切り易くなる。さらに、リセス２４は、第２の窒化物系半導体領域２２の表面を二次元キャリアガス層２３が生成される第１の窒化物系半導体領域２１の上面に達しない程度に掘り込んでいるので、順方向動作時において、リセス２４直下の二次元キャリアガス層２３が消滅しない。
【００３７】
このように構成される第１の実施の形態の第２の変形例に係る横型ＳＢＤ１においては、リセス２４内に金属酸化物膜６を備え、金属酸化物膜６と窒化物系半導体機能層２との接合界面から窒化物系半導体機能層２側に生成される空乏層６１によって、逆方向動作時に金属酸化物膜６直下の二次元キャリアガス層２３のキャリア密度を減少し易く更には二次元キャリアガス層２３を遮断し易くすることができるので、順方向動作において順方向特性を比較的保持しながら逆方向リーク電流を減少することができる。特に、第１の主電極３を第２の主電極４と同様にオーミック電極とした場合には、オン電圧を低減することができる。
【００３８】
［第３の変形例］
第１の実施の形態の第３の変形例に係る横型ＳＢＤ１は、図４（ｂ）に示すように、第１の主電極３が金属酸化物膜６の上面まで延伸して形成されているのではなく、逆に、第１の主電極３の上面にまで延伸するように金属酸化物膜６が形成されている点が図４（ａ）と異なる。
【００３９】
このように構成される第１の実施の形態の第３の変形例に係る横型ＳＢＤ１においては、リセス２４内に金属酸化物膜６を備え、金属酸化物膜６と窒化物系半導体機能層２との接合界面から窒化物系半導体機能層２側に生成される空乏層６１によって、逆方向動作時に金属酸化物膜６直下の二次元キャリアガス層２３のキャリア密度を減少し易く更には二次元キャリアガス層２３を遮断し易くすることができるので、順方向動作において順方向特性を比較的保持しながら逆方向リーク電流を減少することができる。特に、第１の主電極３を第２の主電極４と同様にオーミック電極とした場合には、オン電圧を低減することができる。
【００４０】
なお、金属酸化物膜６を高温環境下におくと（例えば、オーミック電極のアニール処理を行うと）、しきい値が負側に移動し、完全に空乏層化することができないので、立ち上がり電圧がゼロ又は負になってしまう。第３の変形例においては、先に第１の主電極３を形成した後に金属酸化物膜６を形成しているので、金属酸化物膜６は高温環境下に曝されることなく、このような問題は発生しない。
【００４１】
［第４の変形例］
第１の実施の形態の第４の変形例に係る横型ＳＢＤ１は、図４（ｃ）に示すように、窒化物系半導体機能層２特に第２の窒化物系半導体領域２２の表面から二次元キャリアガス層２３側に向かって配設されたリセス（第１のリセス）２４と、第２の窒化物系半導体領域２２の一部を介して配設され、このリセス２４内部に金属酸化物膜６を配設する。リセス２４は、第２の窒化物系半導体領域２２の表面を掘り込んでいるので、金属酸化物膜６と二次元キャリアガス層２３との間の実効的な距離を短くしている。すなわち、リセス２４の内部に金属酸化物膜６を埋設することにより、空乏層６１は二次元キャリアガス層２３を横切り易くなる。また、第１の実施の形態の第４の変形例に係る横型ＳＢＤ１は、窒化物系半導体機能層２特に第２の窒化物系半導体領域２２の表面から二次元キャリアガス層２３側に向かって配設され、リセス２４よりも深いリセス（第２のリセス）２５を更に備え、横型ＳＢＤ１の二次元キャリアガス層２３との接触抵抗を低減するため、このリセス２５内部に第１の電極３を配設する。ここで、リセス２５は第２の窒化物系半導体領域２２を貫通し、二次元キャリアガス層２３に達している事が望ましい。
【００４２】
このように構成される第１の実施の形態の第４の変形例に係る横型ＳＢＤにおいては、リセス２４内に金属酸化物膜６を備え、金属酸化物膜６と窒化物系半導体機能層２との接合界面から窒化物系半導体機能層２側に生成される空乏層６１によって、逆方向動作時に金属酸化物膜６直下の二次元キャリアガス層２３のキャリア密度を減少し易く更には二次元キャリアガス層２３を遮断し易くすることができるので、順方向動作において順方向特性を比較的保持しながら逆方向リーク電流を減少することができる。
【００４３】
（第２の実施の形態）
前述の第１の実施の形態特に第１の変形例及び第２の変形例に係る横型ＳＢＤ１のように、電圧を印加していない状態において第１の主電極３直下の二次元キャリアガス層２３を完全空乏化することができれば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）において動作メカニズムが異なるダイオード動作を実現することができる。本発明の第２の実施の形態は、このようにＦＥＴをダイオード動作させる例を説明するものである。
【００４４】
［横型ダイオード（ＦＥＴ）の構成］
図５に示すように、第２の実施の形態に係る横型ダイオード（半導体装置）１０は、基本的には前述の第１の実施の形態に係る横型ＳＢＤ１と同様に、二次元キャリアガス層２３が生成される第１の窒化物系半導体領域２１上にバリア層として機能する第２の窒化物系半導体領域２２を有する窒化物系半導体機能層２と、二次元キャリアガス層２３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層２３の他端に電気的に接続された第２の主電極４と、第１の主電極３と第２の主電極４との間において二次元キャリアガス層２３に窒化物系半導体機能層２の一部を介して配設され、第１の主電極３に電気的に接続されるとともに、二次元キャリアガス層２３を空乏化する金属酸化物膜６とを備える。
【００４５】
第２の実施の形態において第１の主電極３はアノード電極である。この第１の主電極３は、第１の実施の形態に係る横型ＳＢＤ１の第１の主電極３と同様にショットキー障壁をなす電極材料（例えばＡｕ層とＮｉ層との複合膜）であってもよいし、第２の実施の形態に係る横型ダイオード１０の順方向電圧時のオン電圧を低減するために第２の主電極４と同様にオーミック接触をなす電極材料（例えばＴｉ層とＡｌ層との複合膜）としてもよい。第２の主電極４はカソード電極である。第２の主電極４は第１の実施の形態に係る横型ＳＢＤ１の第２の主電極４と同様にオーミック接触をなす電極材料により構成される。
【００４６】
金属酸化物膜６は、基本的には前述の第１の実施の形態の第２の変形例に係る横型ＳＢＤ１の金属酸化物膜６と同様にリセス２４内に配設され、第１の主電極３とは電気的に接続されているものの離間されている。金属酸化物膜６はその直下の二次元キャリアガス層を低減する電極材料により構成される。
【００４７】
第２の実施の形態に係る横型ダイオード１０において、金属酸化物膜６は比較的高抵抗のため順方向動作における立ち上がり電圧Ｖｆは金属酸化物膜６と第２の窒化物系半導体領域２２との接合状態で決まるのではなく、金属酸化物膜６直下の二次元キャリアガス層２３の空乏化の状態で決まる。従って、金属酸化物膜６はＦＥＴここでは高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：high electron mobility transistor）のゲート電極と同様の働きをする。そして、立ち上がり電圧ＶｆはＨＥＭＴのしきい値電圧Ｖｔｈと同義になる。
【００４８】
［横型ダイオードの動作及び特性］
第２の実施の形態に係る横型ダイオード１０の順方向動作は以下の通りである。ノーマリオフ動作を行うＨＥＭＴのソース電極を第１の主電極３とみなし、ゲート電極を金属酸化物膜６とみなして２端子のダイオード動作を行うと、ＨＥＭＴの動作上でのしきい値電圧Ｖｔｈがダイオード動作上の立ち上がり電圧Ｖｆになり、順方向電流が流れる。
【００４９】
図６は横型ダイオード１０の順方向特性を示す。図６の横軸は立ち上がり電圧Ｖｆを示し、図６の縦軸は立ち上がり電流Ｉｆを示す。通常のＳＢＤ（比較例）に対して、第２の実施の形態に係る横型ダイオード１０の立ち上がり電圧Ｖｆは低くなり、立ち上がり電流Ｉｆは増加する。
【００５０】
一方、横型ダイオード１０の逆方向動作においては、ＨＥＭＴのゲートリーク電流と同様の電流がダイオード動作において第２の主電極（カソード電極）４から第１の主電極（アノード電極）３に流れる。図７は横型ダイオード１０の逆方向特性を示す。図７の横軸は逆方向電圧Ｖｒを示し、図７の縦軸はリーク電流Ｉａを示す。通常のＳＢＤ（比較例）に対して、第２の実施の形態に係る横型ダイオード１０の逆方向リーク電流Ｉａは約３桁低くなる。
【００５１】
このように構成される第２の実施の形態に係る横型ダイオード１０においては、金属酸化物膜６を備え、二次元キャリアガス層２３の完全空乏化を実現することができるので、逆方向リーク電流を減少することができ、かつ順方向動作において順方向特性を向上することができる。
【００５２】
なお、第２の実施の形態に係る横型ダイオード１０は、前述の第１の実施の形態に係る横型ＳＢＤ１と同様にフィールドプレート機能を備えてもよい。
【００５３】
（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。
【００５４】
（１）金属酸化物膜６に熱処理を施すこと、又はオゾンアッシング（ozone ashing）処理を施すこと、又Ｏ2（酸素）アッシング処理を施すことによって、金属酸化物膜６のｐ型特性（正孔濃度）を容易に強めることができ、順方向動作において順方向特性を比較的保持しながら逆方向リーク電流を減少することができる。
【００５５】
（２）金属酸化物膜６は正孔濃度が窒化物系半導体機能層２の上面に接する一方の主面から他方の主面に向って順次に低くなっている複数の層から構成される積層体から成っても良い。つまり、正孔濃度の最も高い層が窒化物系半導体機能層２に接する。金属酸化物膜６において正孔濃度の異なる層は、例えばスパッタリング装置でニッケル酸化物（ＮｉＯ）をスパッタリングする時に酸素の添加量を段階的に減らすことによって形成される。金属酸化物膜６の中で正孔濃度の最も高い層が窒化物系半導体機能層２に接しているので、順方向動作において順方向特性を比較的保持しながら逆方向リーク電流を減少することができる。
【００５６】
また、金属酸化物膜６の厚み方向の正孔濃度を変えるために、リチウム（Ｌｉ）のドープ量を成膜の進行と共に変えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【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逆方向特性を示す図である。
【図３】第１の実施の形態の第１の変形例に係る半導体装置の要部断面図である。
【図４】（ａ）第１の実施の形態の第２の変形例に係る半導体装置の要部断面図である。（ｂ）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。（ｃ）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】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の要部断面図である。
【図６】図５に示す半導体装置の順方向特性を示す図である。
【図７】図５に示す半導体装置の逆方向特性を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１…半導体装置（横型ＳＢＤ）
１…半導体装置（横型ダイオード）
２…窒化物系半導体機能層
２１…第１の窒化物系半導体領域（キャリア通過領域）
２２…第２の窒化物系半導体領域（キャリア発生領域）
２３…二次元キャリアガス層
２４…リセス
３…第１の主電極
４…第２の主電極
５…絶縁膜
６…金属酸化物膜
６１…空乏層
【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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