(57)【要約】【課題】リーク電流の小さい半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】実施形態によれば、半導体装置は、第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層上に設けられ第１の窒化物半導体層よりもバンドギャップが大きい第２の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層上に設けられた第３の窒化物半導体層と、第３の窒化物半導体層に接して第３の窒化物半導体層上に設けられた絶縁膜と、オーミック電極と、ショットキー電極とを備えている。オーミック電極とショットキー電極との間における第３の窒化物半導体層の表面領域は、第３の窒化物半導体層の構成元素と異種の元素を、表面領域よりも第２の窒化物半導体層側の領域よりも高濃度で含む。【選択図】図１
2014063830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族元素を含む第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層上に設けられ、前記第１の窒化物半導体層よりもバンドギャップが大きく、III族元素を含む第２の窒化物半導体層と、
前記第２の窒化物半導体層上に設けられ、III族元素を含む第３の窒化物半導体層と、
前記第３の窒化物半導体層に接して、前記第３の窒化物半導体層上に設けられた絶縁膜と、
前記第２の窒化物半導体層に対してオーミック接触したオーミック電極と、
前記第２の窒化物半導体層に対してショットキー接触したショットキー電極と、
を備え、
前記オーミック電極と前記ショットキー電極との間における前記第３の窒化物半導体層の表面領域は、前記第３の窒化物半導体層の構成元素と異種のホウ素、アルゴン、鉄、フッ素または塩素を、前記第３の窒化物半導体層における前記表面領域よりも前記第２の窒化物半導体層側の領域よりも高濃度で含み、
前記表面領域の前記III族元素と窒素との結合数は、前記第３の窒化物半導体層における前記表面領域よりも前記第２の窒化物半導体層側の前記領域の前記III族元素と窒素との結合数よりも少なく、
前記第３の窒化物半導体層の前記表面領域の窒素濃度は、前記表面領域よりも前記第２の窒化物半導体層側の前記領域の窒素濃度よりも高く、
前記異種の元素を含む領域は、前記第３の窒化物半導体層と前記絶縁膜との界面を挟んで前記第３の窒化物半導体層の前記表面領域および前記絶縁膜の前記第３の窒化物半導体層側の領域に広がっている半導体装置。
【請求項２】
III族元素を含む第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層上に設けられ、前記第１の窒化物半導体層よりもバンドギャップが大きく、III族元素を含む第２の窒化物半導体層と、
前記第２の窒化物半導体層上に設けられ、III族元素を含む第３の窒化物半導体層と、
前記第３の窒化物半導体層に接して、前記第３の窒化物半導体層上に設けられた絶縁膜と、
前記第２の窒化物半導体層に対してオーミック接触したオーミック電極と、
前記第２の窒化物半導体層に対してショットキー接触したショットキー電極と、
を備え、
前記オーミック電極と前記ショットキー電極との間における前記第３の窒化物半導体層の表面領域は、前記第３の窒化物半導体層の構成元素と異種の元素を、前記第３の窒化物半導体層における前記表面領域よりも前記第２の窒化物半導体層側の領域よりも高濃度で含む半導体装置。
【請求項３】
前記異種の元素は、ホウ素、アルゴン、鉄、フッ素または塩素である請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記異種の元素を含む領域は、前記第３の窒化物半導体層と前記絶縁膜との界面を挟んで前記第３の窒化物半導体層の前記表面領域および前記絶縁膜の前記第３の窒化物半導体層側の領域に広がっている請求項２または３に記載の半導体装置。
【請求項５】
III族元素を含む第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層上に設けられ、前記第１の窒化物半導体層よりもバンドギャップが大きく、III族元素を含む第２の窒化物半導体層と、
前記第２の窒化物半導体層上に設けられ、III族元素を含む第３の窒化物半導体層と、
前記第３の窒化物半導体層に接して、前記第３の窒化物半導体層上に設けられた絶縁膜と、
前記第２の窒化物半導体層に対してオーミック接触したオーミック電極と、
前記第２の窒化物半導体層に対してショットキー接触したショットキー電極と、
を備え、
前記オーミック電極と前記ショットキー電極との間における前記第３の窒化物半導体層の表面領域の前記III族元素と窒素との結合数は、前記第３の窒化物半導体層における前記表面領域よりも前記第２の窒化物半導体層側の領域の前記III族元素と窒素との結合数よりも少ない半導体装置。
【請求項６】
前記第３の窒化物半導体層の前記表面領域の窒素濃度は、前記表面領域よりも前記第２の窒化物半導体層側の前記領域の窒素濃度よりも高い請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
III族元素を含む第１の窒化物半導体層上に、前記第１の窒化物半導体層よりもバンドギャップが大きく、III族元素を含む第２の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第２の窒化物半導体層上に、III族元素を含む第３の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第３の窒化物半導体層上に、前記第３の窒化物半導体層に接する絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の窒化物半導体層に対してオーミック接触するオーミック電極を形成する工程と、
前記第２の窒化物半導体層に対してショットキー接触するショットキー電極を形成する工程と、
前記第３の窒化物半導体層の表面領域に、イオン注入法により、前記第３の窒化物半導体層の構成元素と異種または同種の元素を注入する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記オーミック電極を形成した後、アニールする工程をさらに備え、
前記アニールの後、前記ショットキー電極を形成する請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記オーミック電極を形成した後、アニールする工程をさらに備え、
前記アニールの後、前記第３の窒化物半導体層の前記表面領域に、前記元素を注入する請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第３の窒化物半導体層上に前記絶縁膜を形成した後に、前記第３の窒化物半導体層と前記絶縁膜との界面を挟む前記第３の窒化物半導体層の前記表面領域および前記絶縁膜の前記第３の窒化物半導体層側の領域に、前記元素を注入する請求項７〜９のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第３の窒化物半導体層上に前記絶縁膜を形成する前に、前記第３の窒化物半導体層の前記表面領域に、前記元素を注入する請求項７〜９のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化をはじめとした環境汚染や、資源枯渇の問題などにより、システムの省エネルギー化の重要度が増大している。その動きに伴い、発電、供給された電力エネルギーを実際の機器にて使用する際の電力変換効率の向上による省エネルギー効果が最近高い注目を集めている。電力変換の効率向上には、変換回路に使用されるスイッチングデバイスの性能向上が求められる。
【０００３】
そのようなスイッチングデバイスとしてパワー半導体デバイスが用いられており、電力変換回路の性能向上にはパワー半導体デバイスの性能向上が求められる。現在広く用いられているシリコンパワー半導体デバイスの性能は、近年の技術進展により、シリコンの材料としての特性によって制限されるところに到達しつつある。
【０００４】
このような背景により、近年、半導体材料を新しいものに変えることにより、パワーデバイスの性能向上を達成しようという研究開発が盛んに行われている。この新しい材料の有力な候補として、窒化ガリウム系材料が挙げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３２９３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施形態は、リーク電流の小さい半導体装置及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、半導体装置は、III族元素を含む第１の窒化物半導体層と、III族元素を含む第２の窒化物半導体層と、III族元素を含む第３の窒化物半導体層と、絶縁膜と、オーミック電極と、ショットキー電極と、を備えている。前記第２の窒化物半導体層は、前記第１の窒化物半導体層上に設けられ、前記第１の窒化物半導体層よりもバンドギャップが大きい。前記第３の窒化物半導体層は、前記第２の窒化物半導体層上に設けられている。前記絶縁膜は、前記第３の窒化物半導体層に接して、前記第３の窒化物半導体層上に設けられている。前記オーミック電極は、前記第２の窒化物半導体層に対してオーミック接触している。前記ショットキー電極は、前記第２の窒化物半導体層に対してショットキー接触している。前記オーミック電極と前記ショットキー電極との間における前記第３の窒化物半導体層の表面領域は、前記第３の窒化物半導体層の構成元素と異種の元素を、前記第３の窒化物半導体層における前記表面領域よりも前記第２の窒化物半導体層側の領域よりも高濃度で含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態の半導体装置の模式断面図。
【図２】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図。
【図３】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図。
【図４】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図。
【図５】第１実施形態の半導体装置の他の製造方法を示す模式断面図。
【図６】第１実施形態の変形例の半導体装置の模式断面図。
【図７】第２実施形態の半導体装置の模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の半導体装置５１の模式断面図である。第１実施形態では、半導体装置５１として、ショットキーバリアダイオードを例示する。
【００１１】
第１実施形態の半導体装置５１は、第１の窒化物半導体層としてのチャネル層３と、チャネル層３よりもバンドギャップが大きい第２の窒化物半導体層としての障壁層４とのヘテロ接合構造を有する。
【００１２】
チャネル層３は基板１上にバッファ層２を介して設けられ、障壁層４はチャネル層３上に設けられている。
【００１３】
障壁層４上には、第３の窒化物半導体層としてのキャップ層５が設けられている。キャップ層５も、障壁層４に対してヘテロ接合している。キャップ層５は、障壁層４の上面を覆って保護している。
【００１４】
チャネル層３、障壁層４およびキャップ層５は、III族元素を含む窒化物半導体層である。チャネル層３、障壁層４およびキャップ層５は、III族元素として、例えば、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）などを含み、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半導体である。
【００１５】
例えば、チャネル層３はノンドープのＧａＮ層であり、障壁層４はｎ型ＡｌＧａＮ層であり、キャップ層５はｎ型あるいはノンドープのＧａＮ層である。
【００１６】
基板１およびバッファ層２には、III族元素を含む窒化物半導体のエピタキシャル成長に適した材料が用いられる。基板１は、例えば、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＮなどを用いることができる。バッファ層２は、例えば、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮなどを用いることができる。
【００１７】
キャップ層５は、後述するように障壁層４の全面に形成される。その後、キャップ層５の一部が除去され、障壁層４の一部が露出される。その障壁層４が露出した部分の上に、アノード電極７とカソード電極８が設けられる。
【００１８】
アノード電極７は、障壁層４に対してショットキー接触したショットキー電極である。カソード電極８は、障壁層４に対してオーミック接触したオーミック電極である。
【００１９】
アノード電極７は障壁層４の表面とキャップ層５の表面との段差部を覆い、アノード電極７の一部がキャップ層５の表面上に乗り上げている。カソード電極８は、アノード電極７に対して離間した位置で、障壁層４の表面とキャップ層５の表面との段差部を覆い、カソード電極８の一部がキャップ層５の表面上に乗り上げている。
【００２０】
キャップ層５上、アノード電極７上およびカソード電極８上には、絶縁膜６が設けられている。絶縁膜６は、無機膜であり、例えばシリコン窒化膜である。あるいは、絶縁膜６として、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜を用いてもよい。
【００２１】
絶縁膜６は、キャップ層５の表面に接し、キャップ層５の表面を覆って保護している。アノード電極７の一部およびカソード電極８の一部は、絶縁膜６から露出され、図示しない配線層に接続されている。
【００２２】
チャネル層３と障壁層４とのヘテロ接合構造において、障壁層４の方がチャネル層３よりも格子定数が小さいことから障壁層４に歪みが生じる。この歪みによるピエゾ効果により障壁層４内にピエゾ分極が生じ、チャネル層３における障壁層４との界面付近に２次元電子ガスが分布する。この２次元電子ガスが、ショットキーバリアダイオードにおけるアノード電極７とカソード電極８間の電流パスとなる。アノード電極７と障壁層４との接合によって生じるショットキー障壁より、ダイオードの整流作用が得られる。
【００２３】
実施形態の半導体装置５１は、例えば電力変換用途のパワーデバイスに適している。パワーデバイスにおいて、耐圧とオン抵抗との間には、素子材料で決まるトレードオフの関係がある。実施形態によれば、シリコンよりもワイドバンドギャップの窒化物半導体を用いることで、材料で決まる耐圧とオン抵抗のトレードオフ関係をシリコンに比べて改善でき、低オン抵抗化および高耐圧化が可能である。
【００２４】
また、実施形態によれば、アノード電極７とカソード電極８との間で絶縁膜６に接するキャップ層５の表面領域には、イオン注入法により、キャップ層５の構成元素と異種または同種の元素が注入されている。図において、イオン注入された元素が分布する領域９を模式的に破線で表す。
【００２５】
イオン注入されたキャップ層５の表面領域は、キャップ層５と絶縁膜６との界面から、例えば２〜２０ｎｍほどの深さの領域である。
【００２６】
キャップ層５の構成元素は、例えば、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、窒素（Ｎ）などであり、キャップ層５の表面領域に注入されるキャップ層５の構成元素と異種の元素は、例えば、ホウ素（Ｂ）、アルゴン（Ａｒ）、鉄（Ｆｅ）、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）などである。
【００２７】
上記異種元素は、キャップ層５の表面領域に制限して注入され、キャップ層５の下の障壁層４には到達しない。また、イオン注入後に、注入された元素を拡散させるアニールは行われない。
【００２８】
したがって、キャップ層５の厚み方向で上記異種元素の濃度が変化しており、キャップ層５の表面領域の異種元素濃度は、キャップ層５における表面領域よりも下の障壁層４側の領域の異種元素濃度よりも高い。キャップ層５における表面領域よりも下の領域には、イオン注入法で注入された上記異種元素はほとんど含まれていない。
【００２９】
なお、キャップ層５には、成膜時の原料に起因した異種元素（例えば、炭素、水素など）が含まれるが、それら元素の濃度は厚み方向でほとんど変化していない。
【００３０】
また、後述するように、キャップ層５上に絶縁膜６を形成した後に、絶縁膜６の上面側からイオン注入が行われる。このときの注入深さ制御のばらつきにより、上記異種元素を含む領域は、キャップ層５と絶縁膜６との界面を挟んでキャップ層５の表面領域、および絶縁膜６のキャップ層５側の領域に広がって分布する。
【００３１】
イオン注入された領域９では、元素が打ち込まれたときの衝撃により、キャップ層５の結晶、およびキャップ層５と絶縁膜６との界面に存在するホッピング伝導の原因となる界面準位が破壊され、高い絶縁性を有する領域となっている。このため、アノード電極７とカソード電極８との間の、キャップ層５と絶縁膜６との界面を介したリーク電流を大幅に低減できる。
【００３２】
チャネル層３及び障壁層４にはイオン注入されておらず、チャネル層３及び障壁層４は高い結晶性を有する。したがって、電流パス（２次元電子ガス）はイオン注入の影響を受けず、ショットキーバリアダイオードのオン抵抗はイオン注入の影響を受けない。
【００３３】
また、キャップ層５と絶縁膜６との界面に存在する界面準位が破壊されることで、高電圧印加時に上記界面準位に電子が補足されてオン抵抗が増加する現象（電流コラプス現象）を抑えることができる。
【００３４】
キャップ層５の表面領域には、キャップ層５の構成元素と異種の元素をイオン注入することに限らず、キャップ層５の構成元素と同種の元素を注入してもよい。この場合でも、イオン注入された領域９では、元素が打ち込まれたときの衝撃により、キャップ層５の結晶、およびキャップ層５と絶縁膜６との界面に存在する界面準位が破壊され、高い絶縁性を有する領域となっている。このため、アノード電極７とカソード電極８との間の、キャップ層５と絶縁膜６との界面を介したリーク電流を大幅に低減できる。また、電流コラプス現象も抑えることができる。
【００３５】
キャップ層５の構成元素と同種の元素として例えば窒素（Ｎ）がイオン注入法により、キャップ層５の表面領域に注入される。窒素は、キャップ層５の表面領域に制限して注入されるため、キャップ層５の表面領域の窒素濃度は、その表面領域よりも障壁層４側の領域の窒素濃度よりも高くなる。
【００３６】
したがって、キャップ層５の表面領域ではIII族元素（例えばＧａ）と窒素との組成比が成膜時の組成比から変化する。アノード電極７とカソード電極８との間で絶縁膜６に接するキャップ層５の表面領域のIII族元素と窒素との結合（Ｇａ−Ｎ結合）数は、キャップ層５における表面領域よりも障壁層４側の領域のIII族元素と窒素との結合（Ｇａ−Ｎ結合）数よりも少なくなる。
【００３７】
キャップ層５におけるＧａ−Ｎ結合数は、例えば、ＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy）法により、Ｇａ−Ｎ結合ピークの半値幅やピーク強度を分析することで検出することができる。
【００３８】
ＸＰＳ法では、試料表面にＸ線を照射し、放出される光電子を検出する。放出される光電子は、対象となる原子の内殻電子に起因するものであり、そのエネルギーは元素ごとに定まることから、Ｘ線照射により放出される光電子のエネルギー分布を測定することで、試料表面の元素の種類、存在量、化学結合状態に関する知見を得ることができる。
【００３９】
次に、図２（ａ）〜図４（ｂ）を参照して、第１実施形態の半導体装置５１の製造方法について説明する。
【００４０】
基板１上には、図２（ａ）に示すように、バッファ層２、チャネル層３、障壁層４およびキャップ層５が、例えばＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition）法により順にエピタキシャル成長される。
【００４１】
キャップ層５を形成した後、図２（ｂ）に示すように、キャップ層５の一部をエッチングして凹部２１を形成する。例えば、塩素系ガスを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法によって、障壁層４の厚み方向の途中までエッチングする。凹部２１の底に障壁層４が露出する。
【００４２】
凹部２１内には、図３（ａ）に示すように、オーミック電極であるカソード電極８が形成される。カソード電極８は、例えば、凹部２１の内壁に形成されるチタン膜と、このチタン膜上に形成されるアルミニウム膜との積層膜である。
【００４３】
その積層膜が図示しないレジスト膜をマスクにした蒸着法で形成された後、レジスト膜とともに積層膜の不要部分が除去（リフトオフ）され、凹部２１内に積層膜がカソード電極８として残される。
【００４４】
この後、例えばＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）法による、７５０℃のアニールが３０秒間行われる。このアニールにより、カソード電極８と障壁層４との接触抵抗が低減され、カソード電極８と障壁層４とはオーミックコンタクトする。
【００４５】
カソード電極８を形成した後、図３（ｂ）に示すように、キャップ層５における他の一部をエッチングして凹部２２を形成する。例えば、塩素系ガスを用いたＲＩＥ法によって、障壁層４の厚み方向の途中までエッチングする。凹部２２の底に障壁層４が露出する。
【００４６】
凹部２２内には、図４（ａ）に示すように、ショットキー電極であるアノード電極７が形成される。アノード電極７は、例えば、凹部２２の内壁に形成されるニッケル膜と、このニッケル膜上に形成される金膜との積層膜である。
【００４７】
その積層膜が図示しないレジスト膜をマスクにした蒸着法で形成された後、レジスト膜とともに積層膜の不要部分が除去（リフトオフ）され、凹部２２内に積層膜がアノード電極７として残される。
【００４８】
カソード電極８と障壁層４とのオーミックコンタクトをとるアニールの後に、アノード電極７が形成される。したがって、カソード電極８と障壁層４とのオーミックコンタクトをとるアニールによって、アノード電極７と障壁層４とがオーミックコンタクトしてしまうことがなく、アノード電極７と障壁層４とのショットキーコンタクトが維持される。
【００４９】
なお、凹部２２は、図６（ａ）に示すように、チャネル層３に達してもよく、アノード電極７はチャネル層３にショットキーコンタクトしてもよい。
【００５０】
アノード電極７を形成した後、図４（ｂ）に示すように、キャップ層５上、アノード電極７上、およびカソード電極８上に、絶縁膜６を形成する。絶縁膜６として、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によりシリコン窒化膜が形成される。
【００５１】
絶縁膜６を形成した後、絶縁膜６の上面側から、アノード電極７とカソード電極８との間で絶縁膜６に接するキャップ層５の表面領域に、前述した元素をイオン注入法により注入する。
【００５２】
これにより、図１に示すように、キャップ層５の表面領域およびその表面領域が隣接する絶縁膜６におけるキャップ層５との界面側の領域に、イオン注入により結晶および界面準位が破壊された領域９が形成される。
【００５３】
なお、図５（ａ）に示すように、絶縁膜６を形成する前に、キャップ層５の表面領域に上記元素をイオン注入し、その後、図５（ｂ）に示すように、絶縁膜６を形成してもよい。
【００５４】
この場合、図５（ｂ）に示すように、イオン注入された領域９は、キャップ層５の表面には形成されるが、絶縁膜６には形成されない。
【００５５】
イオン注入後にアニールは行われない。そして、実施形態によれば、カソード電極８と障壁層４とのオーミックコンタクトをとるアニールの後に、キャップ層５の表面領域にイオン注入が行われる。したがって、イオン注された元素がアニールによって拡散することがない。このため、注入された元素は、キャップ層５の表面領域に制限され、電流パスの形成に寄与するチャネル層３及び障壁層４はイオン注入の影響を受けず、結晶性が損なわれずにオン抵抗の低下をまねかない。
【００５６】
イオン注入された領域９は、アノード電極７とカソード電極８との間のキャップ層５の表面領域の全面にわたって形成されることに限らない。イオン注入された領域９は、図６（ｂ）に示すように、アノード電極７近傍のキャップ層５の表面領域と、カソード電極８近傍のキャップ層５の表面領域に選択的に形成してもよい。
【００５７】
この場合でも、キャップ層５と絶縁膜６との界面を介した電流リークパスの一部に、結晶及び界面準位の破壊による高い絶縁性を与えることができる。また、電流コラプス現象の原因となる高電圧印加時の電子のトラップは、電極近傍で起こりやすいため、電極近傍の界面準位の破壊は電流コラプス現象の抑制に有効となる。
【００５８】
以上説明した第１実施形態によれば、オン時の電流パスの形成に寄与するチャネル層３及び障壁層４の性能を劣化させることなく、リーク電流が小さいショットキーバリアダイオードを提供できる。
【００５９】
（第２実施形態）
図７（ａ）は、第２実施形態の半導体装置６１の模式断面図である。第２実施形態では、半導体装置６１として、ショットキーゲートトランジスタを例示する。
【００６０】
第２実施形態の半導体装置６１は、オーミック電極としてドレイン電極１１とソース電極１２が設けられ、ショットキー電極としてゲート電極１３が設けられている点で、第１実施形態の半導体装置（ショットキーダイオード）５１と異なる。
【００６１】
第２実施形態の半導体装置６１において、第１実施形態の半導体装置５１と同じ要素には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する場合がある。
【００６２】
第２実施形態の半導体装置６１は、第１の窒化物半導体層としてのチャネル層３と、チャネル層３よりもバンドギャップが大きい第２の窒化物半導体層としての障壁層４とのヘテロ接合構造を有する。
【００６３】
チャネル層３は基板１上にバッファ層２を介して設けられ、障壁層４はチャネル層３上に設けられている。障壁層４上には、第３の窒化物半導体層としてのキャップ層５が設けられている。
【００６４】
キャップ層５は、第１実施形態と同様に障壁層４の全面に形成された後、一部が除去される。キャップ層５の一部が除去された凹部内に、ドレイン電極１１、ソース電極１２、およびゲート電極１３が設けられる。
【００６５】
ドレイン電極１１、ソース電極１２およびゲート電極１３は互いに離間し、ドレイン電極１１とソース電極１２との間にゲート電極１３が設けられている。
【００６６】
ドレイン電極１１、ソース電極１２およびゲート電極１３のそれぞれは、障壁層４の表面とキャップ層５の表面との段差部を覆い、各電極１１、１２、１３の一部がキャップ層５の表面上に乗り上げている。
【００６７】
キャップ層５上、ドレイン電極１１上、ソース電極１２上およびゲート電極１３上には、絶縁膜６が設けられている。絶縁膜６は、例えばシリコン窒化膜である。
【００６８】
絶縁膜６は、キャップ層５の表面に接し、キャップ層５の表面を覆って保護している。各電極１１、１２、１３の一部は、絶縁膜６から露出され、図示しない配線層に接続されている。
【００６９】
第２実施形態においても、チャネル層３における障壁層４との界面付近に分布する２次元電子ガスが、ショットキーゲートトランジスタにおける電流パスとなる。ゲート電極１３に印加するゲート電圧を制御することで、ゲート電極１３下の２次元電子ガス濃度が増減し、ドレイン電極１１とソース電極１２との間に流れる電流を制御できる。
【００７０】
第２実施形態においても、各電極間で絶縁膜６に接するキャップ層５の表面領域には、イオン注入法により、キャップ層５の構成元素と異種または同種の元素が注入されている。すなわち、ソース電極１２とゲート電極１３との間で絶縁膜６に接するキャップ層５の表面領域、およびゲート電極１３とドレイン電極１１との間で絶縁膜６に接するキャップ層５の表面領域に、イオン注入された領域９が形成されている。
【００７１】
キャップ層５と異種または同種の元素は、キャップ層５の表面領域に制限して注入され、キャップ層５の下の障壁層４には到達しない。また、イオン注入後に、注入された元素を拡散させるアニールは行われない。
【００７２】
キャップ層５上に絶縁膜６を形成した後に、絶縁膜６の上面側からイオン注入が行われた場合には、そのときの注入深さ制御のばらつきにより、イオン注入領域９は、キャップ層５と絶縁膜６との界面を挟んでキャップ層５の表面領域、および絶縁膜６におけるキャップ層５側の領域に広がって分布する。
【００７３】
あるいは、絶縁膜６を形成する前にキャップ層５の表面領域にイオン注入した場合には、絶縁膜６にはイオン注入領域９は形成されない。
【００７４】
第２実施形態においても、イオン注入された領域９では、元素が打ち込まれたときの衝撃により、キャップ層５の結晶、およびキャップ層５と絶縁膜６との界面に存在する界面準位が破壊され、高い絶縁性を有する領域となっている。このため、ゲート電極１３とドレイン電極１１間、およびゲート電極１３とソース電極１２間の、キャップ層５と絶縁膜６との界面を介したリーク電流を大幅に低減できる。
【００７５】
チャネル層３及び障壁層４にはイオン注入されておらず、チャネル層３及び障壁層４は高い結晶性を有する。したがって、電流パス（２次元電子ガス）はイオン注入の影響を受けず、ショットキーゲートトランジスタのオン抵抗はイオン注入の影響を受けない。
【００７６】
また、キャップ層５と絶縁膜６との界面に存在する界面準位が破壊されることで、高電圧印加時の電流コラプス現象を抑えることができる。
【００７７】
第２実施形態においても、オーミック電極のアニールの後に、ショットキー電極が形成され、さらにその後に、キャップ層５の表面領域にイオン注入が行われる。
【００７８】
すなわち、ドレイン電極１１とソース電極１２を形成した後、アニールによりドレイン電極１１と障壁層４とのオーミックコンタクトがとられ、ソース電極１２と障壁層４とのオーミックコンタクトがとられる。
【００７９】
その後に、ゲート電極１３が形成されるため、オーミック電極と障壁層４とのオーミックコンタクトをとるアニールによって、ゲート電極１３と障壁層４とがオーミックコンタクトしてしまうことがなく、ゲート電極１３と障壁層４とのショットキーコンタクトが維持される。
【００８０】
また、イオン注された元素が上記アニールによって拡散することがない。このため、注入された元素は、キャップ層５の表面領域に制限され、電流パスの形成に寄与するチャネル層３及び障壁層４はイオン注入の影響を受けず、結晶性が損なわれずにオン抵抗の低下をまねかない。
【００８１】
なお、第２実施形態においても、イオン注入された領域９は、オーミック電極とショットキー電極との間のキャップ層５の表面領域の全面にわたって形成されることに限らない。イオン注入された領域９は、図７（ｂ）に示すように、例えば、ゲート電極１３近傍のキャップ層５の表面領域と、ドレイン電極１１近傍のキャップ層５の表面領域に選択的に形成してもよい。
【００８２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８３】
１…基板、２…バッファ層、３…第１の窒化物半導体層（チャネル層）、４…第２の窒化物半導体層（障壁層）、５…第３の窒化物半導体層（キャップ層）、６…絶縁膜、７…アノード電極、８…カソード電極、９…キャップ層の表面領域、１１…ドレイン電極、１２…ソース電極、１３…ゲート電極
【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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