(57)【要約】      （修正有）【課題】信頼性の向上が可能な半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１００は、窒化物半導体層１６と、窒化物半導体層１６に接する酸化膜又は酸窒化膜を含む絶縁層２２と、を備える。酸化膜又は酸窒化膜は、ボロン（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）及びインジウム（Ｉｎ）から成る群より選ばれる少なくとも一つの不純物と炭素（Ｃ）を含み、少なくとも一つの不純物の絶縁層の中の濃度分布の第１のピークが酸化膜又は酸窒化膜の中に在り、炭素の絶縁層の中の濃度分布の第２のピークが酸化膜又は酸窒化膜の中に在り、第１のピークと窒化物半導体層の距離は５ｎｍ以下であり、第２のピークと窒化物半導体層の距離は５ｎｍ以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体層と、
前記窒化物半導体層に接する酸化膜又は酸窒化膜を含む絶縁層と、を備え、
前記酸化膜又は前記酸窒化膜は、ボロン（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びインジウム（Ｉｎ）から成る群より選ばれる少なくとも一つの不純物と炭素（Ｃ）を含み、前記少なくとも一つの不純物の前記絶縁層の中の濃度分布の第１のピークが前記酸化膜又は前記酸窒化膜の中に在り、炭素の前記絶縁層の中の濃度分布の第２のピークが前記酸化膜又は前記酸窒化膜の中に在り、
前記第１のピークと前記窒化物半導体層の距離は５ｎｍ以下であり、
前記第２のピークと前記窒化物半導体層の距離は５ｎｍ以下である半導体装置。
【請求項２】
前記第１のピークの濃度が、前記第２のピークの濃度の８０％以上１２０％以下である請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記絶縁層が、前記第１のピークに対して前記窒化物半導体層の反対側に、前記少なくとも一つの不純物の濃度が１×１０１６ｃｍ−３以下の第１の領域を有する請求項１又は請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記少なくとも一つの不純物の前記第１のピークを含む濃度分布の半値全幅は５ｎｍ以下であり、炭素の前記第２のピークを含む濃度分布の半値全幅は５ｎｍ以下である請求項１乃至請求項３いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項５】
前記酸化膜又は前記酸窒化膜の中に、前記少なくとも一つの不純物の原子及び炭素原子と結合する酸素原子が存在する請求項１乃至請求項４いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１のピーク及び前記第２のピークの濃度が、１×１０２０ｃｍ−３以上である請求項１乃至請求項５いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項７】
前記窒化物半導体層の中に位置する第２の領域と、
前記窒化物半導体層の中の前記第２の領域と前記絶縁層との間に位置し、前記第２の領域よりも電気抵抗率の大きい第３の領域とを、更に備える請求項１乃至請求項６いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第３の領域に、窒素原子の格子位置に存在する２個の酸素原子を有する請求項７記載の半導体装置。
【請求項９】
前記窒化物半導体層の中の前記絶縁層の側に位置し、窒素原子の格子位置に存在する２個の酸素原子を有する第４の領域を、更に備える請求項１乃至請求項６いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記窒化物半導体層の結晶構造を構成する窒素原子以外の原子を原子Ｘとした場合に、前記第４の領域中に、酸素原子と結合するボンドと、ダングリングボンドとを有する原子Ｘが存在する請求項９記載の半導体装置。
【請求項１１】
窒化物半導体層と、
ゲート電極と、
前記窒化物半導体層と前記ゲート電極との間に位置し、前記窒化物半導体層に接する酸化膜又は酸窒化膜を含む絶縁層と、を備え、
前記酸化膜又は前記酸窒化膜は、ボロン（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びインジウム（Ｉｎ）から成る群より選ばれる少なくとも一つの不純物と炭素（Ｃ）を含み、前記少なくとも一つの不純物の前記絶縁層の中の濃度分布の第１のピークが前記酸化膜又は前記酸窒化膜の中に在り、炭素の前記絶縁層の中の濃度分布の第２のピークが前記酸化膜又は前記酸窒化膜の中に在り、
前記第１のピークと前記窒化物半導体層の距離は５ｎｍ以下であり、
前記第２のピークと前記窒化物半導体層の距離は５ｎｍ以下である半導体装置。
【請求項１２】
前記第１のピークの濃度が、前記第２のピークの濃度の８０％以上１２０％以下である請求項１１記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記少なくとも一つの不純物の前記第１のピークを含む濃度分布の半値全幅は５ｎｍ以下であり、炭素の前記第２のピークを含む濃度分布の半値全幅は５ｎｍ以下である請求項１１又は請求項１２記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記酸化膜又は前記酸窒化膜の中に、前記少なくとも一つの不純物の原子及び炭素原子と結合する酸素原子が存在する請求項１１乃至請求項１３いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項１５】
窒化物半導体層と、
前記窒化物半導体層に接する第１の電極と、
前記窒化物半導体層に接する第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置するゲート電極と、
前記ゲート電極と前記第１の電極との間、又は、前記ゲート電極と前記第２の電極との間に位置し、前記窒化物半導体層に接する酸化膜又は酸窒化膜を含む絶縁層と、を備え、
前記酸化膜又は前記酸窒化膜は、ボロン（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びインジウム（Ｉｎ）から成る群より選ばれる少なくとも一つの不純物と炭素（Ｃ）を含み、前記少なくとも一つの不純物の前記絶縁層の中の濃度分布の第１のピークが前記酸化膜又は前記酸窒化膜の中に在り、炭素の前記絶縁層の中の濃度分布の第２のピークが前記酸化膜又は前記酸窒化膜の中に在り、
前記第１のピークと前記窒化物半導体層の距離は５ｎｍ以下であり、
前記第２のピークと前記窒化物半導体層の距離は５ｎｍ以下である半導体装置。
【請求項１６】
前記第１のピークの濃度が、前記第２のピークの濃度の８０％以上１２０％以下である請求項１５記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記少なくとも一つの不純物の前記第１のピークを含む濃度分布の半値全幅は５ｎｍ以下であり、炭素の前記第２のピークを含む濃度分布の半値全幅は５ｎｍ以下である請求項１５又は請求項１６記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記酸化膜又は前記酸窒化膜の中に、前記少なくとも一つの不純物の原子及び炭素原子と結合する酸素原子が存在する請求項１５乃至請求項１７いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項１９】
請求項１乃至請求項１８いずれか一項記載の半導体装置を備える電源回路。
【請求項２０】
請求項１乃至請求項１８いずれか一項記載の半導体装置を備えるコンピュータ。
【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、電源回路、及び、コンピュータに関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源やインバータなどの回路には、スイッチング素子やダイオードなどの半導体素子が用いられる。これらの半導体素子には高耐圧・低オン抵抗が求められる。そして、耐圧とオン抵抗の関係は、素子材料で決まるトレードオフ関係がある。
【０００３】
これまでの技術開発の進歩により、半導体素子は、主な素子材料であるシリコンの限界近くまで低オン抵抗が実現されている。耐圧を更に向上させたり、オン抵抗を更に低減させたりするには、素子材料の変更が必要である。
【０００４】
窒化ガリウム（ＧａＮ）や窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）などのＧａＮ系半導体は、シリコンよりもバンドギャップが大きい。ＧａＮ系半導体をスイッチング素子材料として用いることで、材料で決まるトレードオフ関係を改善でき、飛躍的な高耐圧化や低オン抵抗化が可能である。
【０００５】
しかし、例えば、ＧａＮ系半導体を用いたトランジスタでは、高いドレイン電圧を印加した際に、オン抵抗が増大する電流コラプスという問題がある。また、閾値電圧が変動するという問題がある。電流コラプスや閾値電圧の変動は、トランジスタの信頼性を低下させる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｂ．Ｌｉｕ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｈｉｇｈ−Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｄｕａｌ−Ｇａｔｅ  ＡｌＧａＮ／ＧａＮ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ−Ｍｏｄｅ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ”，ＩＥＥＥ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．３１，Ｎｏ．９，ｐｐ．１９７−２００，Ｓｅｐ．２０１０．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、信頼性の向上が可能な半導体装置、電源回路、及び、コンピュータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様の半導体装置は、窒化物半導体層と、前記窒化物半導体層に接する酸化膜又は酸窒化膜を含む絶縁層と、を備え、前記酸化膜又は前記酸窒化膜は、ボロン（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びインジウム（Ｉｎ）から成る群より選ばれる少なくとも一つの不純物と炭素（Ｃ）を含み、前記少なくとも一つの不純物の前記絶縁層の中の濃度分布の第１のピークが前記酸化膜又は前記酸窒化膜の中に在り、炭素の前記絶縁層の中の濃度分布の第２のピークが前記酸化膜又は前記酸窒化膜の中に在り、前記第１のピークと前記窒化物半導体層の距離は５ｎｍ以下であり、前記第２のピークと前記窒化物半導体層の距離は５ｎｍ以下である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態の半導体装置の模式断面図。
【図２】第１の実施形態のゲート絶縁層及びゲート電極部分の拡大図及び不純物の分布の一例を示す図。
【図３】第１の実施形態のゲート絶縁層及びゲート電極部分の不純物の分布の別の一例を示す図。
【図４】第１の実施形態の製造途中の半導体装置の模式断面図。
【図５】第１の実施形態の製造途中の半導体装置の模式断面図。
【図６】第１の実施形態の製造途中の半導体装置の模式断面図。
【図７】第１の実施形態の製造途中の半導体装置の模式断面図。
【図８】第１の実施形態の製造途中の半導体装置の模式断面図。
【図９】第１の実施形態の半導体装置の作用の説明図。
【図１０】第１の実施形態の半導体装置の作用の説明図。
【図１１】第２の実施形態の半導体装置の模式断面図。
【図１２】第３の実施形態の半導体装置の模式断面図。
【図１３】第４の実施形態の半導体装置の模式断面図。
【図１４】第５の実施形態の半導体装置の模式断面図。
【図１５】第６の実施形態の半導体装置の模式断面図。
【図１６】第６の実施形態の製造途中の半導体装置の模式断面図。
【図１７】第６の実施形態の製造途中の半導体装置の模式断面図。
【図１８】第６の実施形態の製造途中の半導体装置の模式断面図。
【図１９】第６の実施形態の製造途中の半導体装置の模式断面図。
【図２０】第６の実施形態の半導体装置及び半導体装置の製造方法の作用の説明図。
【図２１】第６の実施形態の半導体装置及び半導体装置の製造方法の作用の説明図。
【図２２】第６の実施形態の半導体装置及び半導体装置の製造方法の作用の説明図。
【図２３】第６の実施形態の半導体装置の製造方法の作用の説明図。
【図２４】第６の実施形態の変形例の説明図。
【図２５】第７の実施形態のコンピュータの模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書中、同一又は類似する部材については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
【００１１】
本明細書中、「ＧａＮ系半導体」とは、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）及びそれらの中間組成を備える半導体の総称である。
【００１２】
本明細書中、部品等の位置関係を示すために、図面の上方向を「上」、図面の下方向を「下」と記述する。本明細書中、「上」、「下」の概念は、必ずしも重力の向きとの関係を示す用語ではない。
【００１３】
（第１の実施形態）
本実施形態の半導体装置は窒化物半導体層と、窒化物半導体層に接する酸化膜又は酸窒化膜を含む絶縁層と、を備える。そして、酸化膜又は酸窒化膜は、ボロン（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びインジウム（Ｉｎ）から成る群より選ばれる少なくとも一つの不純物と炭素（Ｃ）を含み、上記少なくとも一つの不純物の絶縁層の中の濃度分布の第１のピークが酸化膜又は酸窒化膜の中に在り、炭素の絶縁層の中の濃度分布の第２のピークが酸化膜又は酸窒化膜の中に在り、第１のピークと窒化物半導体層の距離が５ｎｍ以下であり、第２のピークと窒化物半導体層の距離が５ｎｍ以下である。
【００１４】
また、本実施形態の半導体装置は、窒化物半導体層と、ゲート電極と、窒化物半導体層とゲート電極との間に位置し、窒化物半導体層に接する酸化膜又は酸窒化膜を含む絶縁層と、を備える。そして、酸化膜又は酸窒化膜は、ボロン（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びインジウム（Ｉｎ）から成る群より選ばれる少なくとも一つの不純物と炭素（Ｃ）を含み、上記不純物の絶縁層の中の濃度分布の第１のピークが酸化膜又は酸窒化膜の中に在り、炭素の絶縁層の中の濃度分布の第２のピークが酸化膜又は酸窒化膜の中に在り、第１のピークと窒化物半導体層の距離が５ｎｍ以下であり、第２のピークと窒化物半導体層の距離が５ｎｍ以下である。
【００１５】
本実施形態の半導体装置は、上記構成により、窒化物半導体層と絶縁層との界面の絶縁層側に存在し、電子トラップとなる準位（ｓｔａｔｅ）を低減できる。したがって、電子トラップに起因する電流コラプスや閾値電圧の変動の抑制が可能となる。よって、半導体装置の信頼性が向上する。
【００１６】
図１は、本実施形態の半導体装置の模式断面図である。本実施形態の半導体装置は、ＧａＮ系半導体を用いたＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。
【００１７】
図１に示すように、半導体装置（ＨＥＭＴ）１００は、基板１０、バッファ層１２、チャネル層１４、バリア層（窒化物半導体層）１６、ソース電極（第１の電極）１８、ドレイン電極（第２の電極）２０、ゲート絶縁層（絶縁層）２２、ｐ型層２４、ゲート電極２８を備える。
【００１８】
基板１０は、例えば、シリコン（Ｓｉ）で形成される。基板１０には、シリコン以外にも、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）や炭化珪素（ＳｉＣ）を適用することも可能である。
【００１９】
基板１０上に、バッファ層１２が設けられる。バッファ層１２は、基板１０とチャネル層１４との間の格子不整合を緩和する機能を備える。バッファ層１２は、例えば、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＷＧａ１−ＷＮ（０＜Ｗ＜１））の多層構造で形成される。
【００２０】
バッファ層１２上に、チャネル層１４が設けられる。チャネル層１４は電子走行層とも称される。チャネル層１４は、例えば、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０≦Ｘ＜１）である。より具体的には、例えば、ＧａＮである。チャネル層１４の厚さは、例えば、０．１μｍ以上１０μｍ以下である。
【００２１】
チャネル層１４上に、バリア層１６が設けられる。バリア層１６は電子供給層とも称される。バリア層１６のバンドギャップは、チャネル層１４のバンドギャップよりも大きい。バリア層１６は、例えば、ＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０＜Ｙ≦１、Ｘ＜Ｙ）である。より具体的には、例えば、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎである。バリア層１６の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【００２２】
チャネル層１４とバリア層１６との間は、ヘテロ接合界面となる。ＨＥＭＴ１００のヘテロ接合界面に２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が形成されキャリアとなる。
【００２３】
バリア層１６上にゲート絶縁層２２が設けられる。ゲート電極２８とソース電極１８との間のゲート絶縁層２２、及び、ゲート電極２８とドレイン電極２０との間のゲート絶縁層２２は、バリア層１６のパッシベーション層として機能する。
【００２４】
図２は、本実施形態のゲート絶縁層及びゲート電極部分の拡大図及び不純物の分布の一例を示す図である。図２（ａ）がゲート絶縁層２２及びゲート電極２８部分の拡大図、図２（ｂ）が不純物の分布を示す図である。図３は、本実施形態のゲート絶縁層及びゲート電極部分の不純物の分布の別の一例を示す図である。
【００２５】
ゲート絶縁層２２は、バリア層１６に接する酸化膜又は酸窒化膜を含む。そして、酸化膜又は酸窒化膜は、ボロン（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びインジウム（Ｉｎ）から成る群より選ばれる少なくとも一つの不純物と炭素（Ｃ）を含む。
【００２６】
ゲート絶縁層２２中の上記不純物の濃度分布の第１のピークが酸化膜又は酸窒化膜の中に在る。ゲート絶縁層２２中の炭素の濃度分布の第２のピークが酸化膜又は酸窒化膜の中に在る。図２（ｂ）においては、不純物（ガリウム）と炭素の分布が同様の分布を示し、第１のピークと第２のピークとが重なっていることを示している。図３（ａ）においては、ゲート絶縁層２２中の不純物（ガリウム）と炭素の分布がゲート絶縁層と窒化物半導体層との界面で最大となる場合を示している。この場合、第１のピークと第２のピークはゲート絶縁層２２と窒化物半導体層との界面に在ることになる。また、図３（ｂ）では、不純物（ガリウム）と炭素の分布が一部重なっていない場合を示している。図３（ｂ）に示すように、不純物（ガリウム）と炭素の分布は必ずしも完全に重なっていなくても良い。
【００２７】
第１のピークとバリア層１６の距離は５ｎｍ以下である。第２のピークとバリア層１６の距離は５ｎｍ以下である。
【００２８】
ゲート絶縁層２２の酸化膜又は酸窒化膜の中に、上記不純物の原子及び炭素原子と結合する酸素原子が存在する。酸化膜又は酸窒化膜の中で、上記不純物と炭素が複合体を形成している。複合体における上記不純物の原子と炭素原子の量比は１：１である。複合体中の上記不純物及び炭素は、酸化シリコンの構造中、シリコンのサイトに存在する。酸素原子の結合状態は、例えば、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により同定することが可能である。
【００２９】
ゲート絶縁層２２の中の上記不純物の濃度分布は、炭素の濃度分布と同様の分布を示す。例えば、第１のピークと第２のピークの距離は、１ｎｍ以下である。また、例えば、第１のピークの濃度が、第２のピークの濃度の８０％以上１２０％以下である。また、例えば、ゲート絶縁層２２中の任意の位置での上記不純物の濃度が、炭素の濃度の８０％以上１２０％以下である
【００３０】
第１のピークの濃度は、例えば、１×１０２０ｃｍ−３以上である。また、第２のピークの濃度は、例えば、１×１０２０ｃｍ−３以上である。
【００３１】
第１のピークを含む濃度分布の半値全幅は、例えば、５ｎｍ以下である。言い換えれば、第１のピークを含む山形の濃度分布の半値全幅は、例えば、５ｎｍ以下である。
【００３２】
第２のピークを含む濃度分布の半値全幅は、例えば、５ｎｍ以下である。言い換えれば、第２のピークを含む山形の濃度分布の半値全幅は、例えば、５ｎｍ以下である。
【００３３】
以下、上記不純物がガリウム（Ｇａ）であり、酸化膜又は酸窒化膜が酸化シリコン膜であり、ゲート絶縁層２２全体も酸化シリコン膜である場合を例に説明する。
【００３４】
図２（ａ）に示すように、ゲート絶縁層２２は、バリア層１６の表面に接し、ガリウム及び炭素の濃度が高い高ドープ領域２２ａと、ゲート電極２８側のガリウム及び炭素の濃度が低い低ドープ領域（領域、第１の領域）２２ｂで構成される。少なくとも、高ドープ領域２２ａは酸化膜又は酸窒化膜である。
【００３５】
高ドープ領域２２ａの厚さは、例えば、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下である。低ドープ領域２２ｂの厚さは、例えば、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【００３６】
低ドープ領域２２ｂでは、ガリウム及び炭素の濃度がゲート電極２８に向かう方向に低下する。ゲート絶縁層２２中のガリウムの濃度分布は、図２（ｂ）に示すように、第１及び第２のピークが、ゲート絶縁層２２中のバリア層１６側に存在する。
【００３７】
例えば、ゲート絶縁層２２は、第１のピークのバリア層１６の反対側にガリウムの濃度が１×１０１６ｃｍ−３以下の領域を有する。また、例えば、ゲート絶縁層２２は、第２のピークのバリア層１６の反対側に炭素の濃度が１×１０１６ｃｍ−３以下の領域を有する。例えば、ゲート絶縁層２２のゲート電極側の端部のガリウム及び炭素の濃度が１×１０１６ｃｍ−３以下である。
【００３８】
ゲート絶縁層２２中の上記不純物及び炭素の濃度分布、第１及び第２のピークと窒化物半導体層との距離は、例えば、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）、アトムプローブ、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）等で測定することが可能である。
【００３９】
ゲート絶縁層２２は、例えば、酸窒化シリコン膜であっても構わない。また、ゲート絶縁層２２は、例えば、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜、又は、酸窒化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜であっても構わない。また、ゲート絶縁層２２は、酸窒化シリコン膜と、酸化ハフニウム膜や酸化ジルコニウム膜等のｈｉｇｈ−ｋ絶縁膜との積層構造であっても構わない。
【００４０】
例えば、ゲート絶縁層２２の高ドープ領域２２ａ及び低ドープ領域２２ｂが共に酸化シリコン膜である。また、例えば、高ドープ領域２２ａが酸化シリコン膜であり、低ドープ領域２２ｂが酸窒化シリコン膜である。また、例えば、高ドープ領域２２ａが酸化シリコン膜であり、低ドープ領域２２ｂが窒化シリコン膜である。
【００４１】
バリア層１６上には、ソース電極１８とドレイン電極２０が形成される。ソース電極１８とドレイン電極２０は、バリア層１６に接する。
【００４２】
ソース電極１８とドレイン電極２０は、例えば、金属電極である。金属電極は、例えば、チタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）の積層構造である。
【００４３】
ソース電極１８及びドレイン電極２０と、バリア層１６との間は、オーミックコンタクトであることが望ましい。ソース電極１８とドレイン電極２０との距離は、例えば、５μｍ以上３０μｍ以下である。
【００４４】
ソース電極１８とドレイン電極２０の間のゲート絶縁層２２上に、ｐ型層２４が設けられる。ｐ型層２４は、ＨＥＭＴ１００の閾値を上昇させる機能を有する。ｐ型層２４を設けることにより、ＨＥＭＴ１００をノーマリーオフトランジスタとすることが可能となる。
【００４５】
ｐ型層２４は、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）がｐ型不純物として添加されたｐ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）である。ｐ型層２４は、例えば、多結晶質である。
【００４６】
ｐ型層２４上には、ゲート電極２８が設けられる。ゲート電極２８は、例えば、金属電極である。ゲート電極２８は、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）である。
【００４７】
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法の一例について説明する。図４〜図８は、本実施形態の製造途中の半導体装置の模式断面図である。
【００４８】
まず、基板１０、例えば、Ｓｉ基板を準備する。次に、例えば、Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長により、バッファ層１２を成長させる。
【００４９】
バッファ層１２は、例えば、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＷＧａ１−ＷＮ（０＜Ｗ＜１））の多層構造である。例えば、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によりバッファ層１２を成長させる。
【００５０】
次に、バッファ層１２上に、チャネル層１４となる窒化ガリウム、バリア層１６となる窒化アルミニウムガリウムをエピタキシャル成長により形成する（図４）。窒化アルミニウムガリウムは、例えば、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎの組成を有する。例えば、ＭＯＣＶＤ法により、チャネル層１４、バリア層１６を成長させる。
【００５１】
次に、バリア層１６上に、炭素を含む絶縁層２１を形成する（図５）。絶縁層２１への炭素の導入は、例えば、膜の堆積と同時に行われる。
【００５２】
膜の堆積と同時に行われる場合、絶縁層２１は、例えば、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）をソースガスとしてＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成される酸化シリコン膜である。ＴＥＯＳをソースガスとして用いることにより、絶縁層２１中に炭素が含有される。
【００５３】
また、絶縁層２１は、例えば、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成される酸化シリコン膜である。ＡＬＤ法を用いて形成することにより、絶縁層２１中に炭素が含有される。
【００５４】
絶縁層２１への炭素の導入は、例えば、膜の形成後、炭素のイオン注入によって行うことも可能である。
【００５５】
絶縁層２１の膜厚は、例えば、１ｎｍ以下である。
【００５６】
次に、非酸化性の雰囲気中で、熱処理を行う。熱処理の雰囲気は、例えば、窒素雰囲気又はアルゴン雰囲気である。熱処理の温度は、例えば、７００℃以上１１００℃以下である。
【００５７】
熱処理により、絶縁層２１が高ドープ領域２２ａとなる（図６）。高ドープ領域２２ａでは、絶縁層２１中に含まれていたボロン（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）等の不純物と、絶縁層２１中に含まれていた炭素とが複合体を形成する。具体的には、上記不純物の原子及び炭素原子が１個の酸素原子と結合した構造の複合体が形成される。
【００５８】
次に、高ドープ領域２２ａ上に、高ドープ領域２２ａよりも炭素濃度の低い低ドープ領域２２ｂを形成する（図７）。低ドープ領域２２ｂは、例えば、シランをソースガスとしてＣＶＤ法により形成される酸化シリコン膜である。低ドープ領域２２ｂの炭素の濃度は、例えば、１×１０１６ｃｍ−３以下である。
【００５９】
高ドープ領域２２ａと低ドープ領域２２ｂとがゲート絶縁層２２を形成する。
【００６０】
次に、ゲート絶縁層２２上に、ｐ型層２４及びゲート電極２８を形成する（図８）。
【００６１】
次に、バリア層１６上に、ソース電極１８及びドレイン電極２０を形成する。ソース電極１８及びドレイン電極２０は、バリア層１６に接するように形成する。ソース電極１８及びドレイン電極２０は、ゲート電極２８を間に挟んで形成される。
【００６２】
以上の製造方法により、図１に示すＨＥＭＴ１００が形成される。
【００６３】
以下、本実施形態の半導体装置の作用及び効果について説明する。図９、図１０は、本実施形態の半導体装置の作用の説明図である。以下、窒化物半導体が、窒化ガリウムである場合を例に説明する。
【００６４】
図９は、ゲート絶縁層２２に含まれる酸化膜又は酸窒化膜に不純物が含まれる場合のバンド図である。以下、ゲート絶縁層２２に含まれる酸化膜又は酸窒化膜が酸化シリコン膜（図中、ＳｉＯ２と表記）であり、バリア層１６が窒化アルミニウムガリウム（図中、ＡｌＧａＮと表記）であり、酸化シリコン膜に含まれる不純物が、ガリウム又は炭素である場合を例に説明する。
【００６５】
図９（ａ）に示すように、酸化シリコン膜にガリウムが含まれる場合、第１原理計算によって、酸化シリコン膜のバンドギャップ中に、電子トラップとなる準位が形成されることが明らかになった。準位は、酸化シリコン膜の伝導帯側と、価電子帯側に形成される。図９（ａ）には、窒化アルミニウムガリウムのダングリングボンドによって形成される準位も示す。なお、図９中、黒丸は準位に電子が埋まった状態、白丸は準位に電子が埋まっていない状態を示す。
【００６６】
ＨＥＭＴにおいて電流コラプスが生じる一つの要因は、パッシベーション層を構成する酸化シリコン膜のバンドギャップ中の準位に電子がトラップされることで、２ＤＥＧの密度が変化することにあると考えられる。例えば、バンドギャップ中の準位に電子がトラップされることで、パッシベーション層が負に帯電することになる。したがって、例えば、電子がトラップされたパッシベーション層直下の２ＤＥＧ密度が減少する。よって、電流コラプスが生じる。
【００６７】
また、ゲート電極２８の直下のゲート絶縁層２２に電子がトラップされると、ゲート絶縁層２２が負に帯電することになる。したがって、ＨＥＭＴ１００の閾値電圧が変動する。
【００６８】
図９（ｂ）に示すように、酸化シリコン膜中にガリウムに加えて炭素が含まれる場合、第１原理計算によって、酸化シリコン膜のバンドギャップ中の伝導帯側の準位が消滅することが明らかになった。これは、ガリウムと炭素が複合体を形成して安定化するためである。
【００６９】
具体的には、酸化シリコン膜中で１個の酸素原子にガリウム原子及び炭素原子が結合して複合体を形成する。複合体中のガリウム原子及び炭素原子は、酸化シリコンの構造中、シリコン原子のサイトに存在する。  
【００７０】
更に、図１０に示すように、ガリウムと炭素の複合体が形成された酸化シリコン膜が、ダングリングボンドを有する窒化アルミニウムガリウムと接しているとする。この場合、ダングリングボンドの電子が、酸化シリコン膜のバンドギャップ中の価電子帯側の準位に移動する。電子が、価電子帯側の準位に移動することで、ダイポールを形成して構造が安定化する。
【００７１】
ダイポールは、窒化アルミニウムガリウム側が正、酸化シリコン膜側が負となる。ダイポールが形成されることにより、酸化シリコン膜の伝導帯下端のエネルギー（Ｅｃ）及び酸化シリコン膜の価電子帯下端のエネルギー（Ｅｖ）が上昇する。
【００７２】
本実施形態では、バリア層１６に接する高ドープ領域２２ａにガリウムと炭素が含まれ複合体を形成し、近接するバリア層１６のダングリングボンドから電子が供給される。したがって、酸化シリコンで形成される高ドープ領域２２ａ中の電子トラップとなる準位が減少する。
【００７３】
そして、低ドープ領域２２ｂでは、含まれるガリウムと炭素の量が高ドープ領域２２ａに比較して少ない。例えば、低ドープ領域２２ｂでは、含まれるガリウムと炭素の量が１×１０１６ｃｍ−３以下である。このため、低ドープ領域２２ｂ中には電子トラップとなる準位は少ない。
【００７４】
上記作用により、ゲート絶縁層２２にトラップされる電子が減少する。したがって、電流コラプス及び閾値変動が抑制される。よって、ＨＥＭＴ１００の信頼性が向上する。
【００７５】
また、ゲート絶縁層２２とバリア層１６との間にダイポールが形成されることで、酸化シリコン膜の伝導帯下端のエネルギー（Ｅｃ）が上昇する。したがって、ゲート絶縁層２２にバリア層１６側から電子が侵入する場合の障壁が高くなる。よって、仮にゲート絶縁層２２中に電子をトラップする準位が存在していたとしても、ゲート絶縁層２２への電子の侵入が防止され、電流コラプス及び閾値変動が抑制される。
【００７６】
また、ゲート絶縁層２２とバリア層１６との間にダイポールが形成されることで、酸化シリコン膜の価電子帯下端のエネルギー（Ｅｖ）が上昇する。このため、ゲート絶縁層２２にバリア層１６側から正孔が侵入する場合の障壁が低くなる。したがって、例えば、ＨＥＭＴ１００の使用前に積極的にゲート絶縁層２２中に正孔を導入することで、２ＤＥＧ密度を上昇させ、ＨＥＭＴ１００のオン抵抗を低減することが可能となる。
【００７７】
以上、ゲート絶縁層２２に含まれる酸化膜又は酸窒化膜が酸化シリコン膜であり、バリア層１６が窒化アルミニウムガリウムであり、酸化シリコン膜に含まれる不純物が、ガリウム又は炭素である場合を例に説明した。酸化膜又は酸窒化膜が酸化シリコン膜以外の酸化膜又は酸窒化膜であっても、同様の作用及び効果が得られる。
【００７８】
また、バリア層１６が窒化アルミニウムガリウム以外の窒化物半導体であっても、同様の作用及び効果が得られる。また、酸化膜又は酸窒化膜に含まれる不純物が、ガリウムに代えて、ボロン、アルミニウム、又は、インジウムであっても同様の作用及び効果が得られる。
【００７９】
なお、上記不純物と炭素の複合体と、窒化物半導体層のダングリングボンドとの間で電子移動を生じさせるためには、複合体と窒化物半導体層に距離が近いことが望ましい。この観点から、上記不純物の第１のピークと窒化物半導体層の距離は５ｎｍ以下であることが望ましく、２ｎｍ以下であることがより望ましく、１ｎｍ以下であることが更に望ましい。また、炭素の第２のピークと窒化物半導体層の距離は５ｎｍ以下であることが望ましく、２ｎｍ以下であることがより望ましく、１ｎｍ以下であることが更に望ましい。
【００８０】
また、ゲート絶縁層２２中に複合体を形成しない上記不純物又は炭素が存在すると、電荷トラップとなる恐れがある。上記不純物と炭素が複合体を形成する際、複合体を形成しない余剰の上記不純物と炭素が残存しないようにする観点から、第１のピークの濃度が、第２のピークの濃度の８０％以上１２０％以下であることが望ましい。
【００８１】
また、ゲート絶縁層２２の窒化物半導体層から離れた領域に上記不純物又は炭素が存在すると、電荷トラップとなる恐れがある。したがって、ゲート絶縁層２２が、第１及び第２のピークに対して窒化物半導体層の反対側に、上記不純物及び炭素の濃度が１×１０１６ｃｍ−３以下の領域を有することが望ましい。また、ゲート絶縁層２２が、第１及び第２のピークに対して窒化物半導体層の反対側に、上記不純物及び炭素の濃度分布のピークを有しないことが望ましい。
【００８２】
また、ゲート絶縁層２２中の上記不純物となる不純物及び炭素の濃度が、第１及び第２のピークのゲート電極２８側の裾よりもゲート電極２８側では、１×１０１６ｃｍ−３以下であることが望ましい。
【００８３】
また、上記不純物の第１のピークを含む濃度分布の半値全幅は、電荷トラップを低減させる観点から、５ｎｍ以下であることが望ましく、２ｎｍ以下であることがより望ましい。炭素の第２のピークを含む濃度分布の半値全幅は、電荷トラップを低減させる観点から、５ｎｍ以下であることが望ましく、２ｎｍ以下であることがより望ましい。
【００８４】
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法の作用及び効果を説明する。
【００８５】
窒化物半導体層の上に絶縁層を形成する場合、ボロン、ガリウム、アルミニウム、インジウム等の不純物が不可避的に絶縁層中に取り込まれる。例えば、ボロンはエッチングガスである三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）等に由来する。また、ガリウム、アルミニウム、インジウムは、窒化物半導体層から由来する。
【００８６】
窒化物半導体層の上のゲート絶縁層やパッシベーション層に上記不純物が含まれると、上述のように絶縁層中に電子トラップとなる準位が形成され問題となる。
【００８７】
本実施形態の製造方法では、炭素を含有する絶縁層を形成した直後に、熱処理を行うことで、絶縁層中の上記不純物と炭素の複合体を形成する。炭素を含有する絶縁層の厚さを、例えば、１ｎｍ以下と薄くすることにより、上記複合体と窒化物半導体層のダングリングボンドとの間の電子の移動を行い、電子トラップとなる準位を低減することが可能となる。この電子移動により電子の位置エネルギーの利得があるので、上記不純物と炭素の複合体は、窒化物半導体層近傍にパイルアップする傾向が見られる。つまり、電荷移動による荷電状態同士の引力が働くため、界面近傍に集中することになる。
【００８８】
例えば、炭素を含有する絶縁層の厚さを、１ｎｍを超える厚さとした場合、上記複合体と窒化物半導体層のダングリングボンドとの間の電子の移動が生じず、電子トラップが残存する恐れがある。炭素を含有する絶縁層の厚さを１ｎｍ以下とする観点から、絶縁層の形成はＡＬＤ法によることが望ましい。
【００８９】
本実施形態の半導体装置及び半導体装置の製造方法によれば、第１の実施形態同様、絶縁層中の電子トラップとなる準位を低減することにより、電流コラプスの抑制が可能となる。また、絶縁層中の電子トラップとなる準位を低減することにより、閾値電圧の変動の抑制が可能となる。よって、信頼性の向上した半導体装置が実現できる。
【００９０】
（第２の実施形態）
本実施形態の半導体装置は、窒化物半導体層と、窒化物半導体層に接する第１の電極と、窒化物半導体層に接する第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に位置するゲート電極と、ゲート電極と第１の電極との間、又は、ゲート電極と第２の電極との間に位置し、窒化物半導体層に接する酸化膜又は酸窒化膜を含む絶縁層と、を備える。そして、酸化膜又は酸窒化膜は、ボロン（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びインジウム（Ｉｎ）から成る群より選ばれる少なくとも一つの不純物と炭素（Ｃ）を含み、上記少なくとも一つの不純物の絶縁層の中の濃度分布の第１のピークが酸化膜又は酸窒化膜の中に在り、炭素の絶縁層の中の濃度分布の第２のピークが酸化膜又は酸窒化膜の中に在り、第１のピークと窒化物半導体層の距離は５ｎｍ以下であり、第２のピークと窒化物半導体層の距離は５ｎｍ以下である。
【００９１】
本実施形態の半導体装置は、ｐ型層が窒化物半導体層に接し、ゲート絶縁層を備えないこと以外は、第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
【００９２】
図１１は、本実施形態の半導体装置の模式断面図である。本実施形態の半導体装置は、ＧａＮ系半導体を用いたＨＥＭＴである。
【００９３】
半導体装置（ＨＥＭＴ）２００は、ｐ型層２４がバリア層１６に接して設けられる。ｐ型層２４は、例えば、単結晶の窒化ガリウム（ＧａＮ）である。
【００９４】
ゲート電極２８は、ソース電極（第１の電極）１８とドレイン電極（第２の電極）２０との間に設けられる。ゲート電極２８とソース電極１８との間、及び、ゲート電極２８とドレイン電極２０との間にパッシベーション層２３が設けられる。
【００９５】
パッシベーション層２３は、バリア層１６に接する酸化膜又は酸窒化膜を含む。そして、酸化膜又は酸窒化膜は、ボロン（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びインジウム（Ｉｎ）から成る群より選ばれる少なくとも一つの不純物と炭素（Ｃ）を含む。
【００９６】
図１１に示すように、パッシベーション層２３は、バリア層１６の表面に接し、上記不純物及び炭素の濃度が高い高ドープ領域２３ａと、上記不純物及び炭素の濃度が低い低ドープ領域２３ｂで構成される。
【００９７】
本実施形態の半導体装置によれば、第１の実施形態同様、絶縁層中の電子トラップとなる準位を低減することにより、電流コラプスの抑制が可能となる。よって、信頼性の向上した半導体装置が実現できる。また、ゲート絶縁層を備えないため、閾値電圧の変動が生じにくい。
【００９８】
（第３の実施形態）
本実施形態の半導体装置は、ｐ型層を備えず、ゲート電極が窒化物半導体層に接すること以外は、第２の実施形態と同様である。したがって、第２の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
【００９９】
図１２は、本実施形態の半導体装置の模式断面図である。本実施形態の半導体装置は、ＧａＮ系半導体を用いたＨＥＭＴである。
【０１００】
半導体装置（ＨＥＭＴ）３００は、ゲート電極２８がバリア層１６に接して設けられる。ゲート電極２８は、例えば、金属電極である。ゲート電極２８は、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）である。
【０１０１】
ゲート電極２８とバリア層１６との間の接合は、ショットキー接合である。ＨＥＭＴ３００はノーマリーオントランジスタである。
【０１０２】
本実施形態の半導体装置によれば、第１の実施形態同様、絶縁層中の電子トラップとなる準位を低減することにより、電流コラプスの抑制が可能となる。よって、信頼性の向上した半導体装置が実現できる。また、ゲート絶縁層を備えないため、閾値電圧の変動が生じにくい。また、構造が簡易なため、製造が容易である。
【０１０３】
（第４の実施形態）
本実施形態の半導体装置は、バリア層に形成された溝（リセス）内にゲート電極が埋め込まれる、いわゆるゲート・リセス構造を備えること以外は、第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については記述を省略する。  
【０１０４】
図１３は、本実施形態の半導体装置の模式断面図である。
【０１０５】
半導体装置（ＨＥＭＴ）４００は、ソース電極１８とドレイン電極２０の間のバリア層１６に設けられた溝（リセス）３０の内面に、ゲート絶縁層２２が形成される。溝３０の底部はチャネル層１４内に位置する。
【０１０６】
ゲート絶縁層２２は、チャネル層（窒化物半導体層）１４及びバリア層（窒化物半導体層）１６の表面に接する酸化膜又は酸窒化膜を含む。そして、ゲート絶縁層２２は、上記不純物及び炭素の濃度が高い高ドープ領域２２ａと、ボロン（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びインジウム（Ｉｎ）から成る群より選ばれる少なくとも一つの不純物と炭素（Ｃ）の濃度が低い低ドープ領域２２ｂで構成される。
【０１０７】
溝３０は、チャネル層１４及びバリア層１６をエッチングすることにより形成される。例えば、エッチングガスとして、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）が用いられると、溝３０の形成後に堆積される絶縁層中にボロンが不純物として取り込まれる。本実施形態では、絶縁層中にボロンが不純物として取り込まれた場合でも、ボロンが炭素と複合体を形成することで、電子トラップとなる準位を低減することが可能となる。
【０１０８】
本実施形態の半導体装置によれば、第１の実施形態同様、絶縁層中の電子トラップとなる準位を低減することにより、電流コラプスの抑制が可能となる。また、絶縁層中の電子トラップとなる準位を低減することにより、閾値電圧の変動の抑制が可能となる。よって、信頼性の向上した半導体装置が実現できる。また、ゲート・リセス構造を備えることにより、ノーマリーオフトランジスタの実現が容易となる。
【０１０９】
（第５の実施形態）
本実施形態の半導体装置は、溝（リセス）下にバリア層が存在する点で、第４の実施形態と異なっている。以下、第４の実施形態と重複する内容については記述を省略する。  
【０１１０】
図１４は、本実施形態の半導体装置の模式断面図である。
【０１１１】
ＨＥＭＴ（半導体装置）５００は、溝３０の底部にバリア層１６が設けられる。バリア層１６は、チャネル層１４上に設けられる。溝３０の両側には、窒化物半導体の保護層１７が設けられる。保護層１７は、例えば、バリア層１６上に選択エピタキシャル成長により形成される。
【０１１２】
チャネル層１４は、例えば、ＧａＮである。バリア層１６は、例えば、膜厚が１０ｎｍのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎである。保護層１７は、例えば、膜厚が２０ｎｍのＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎである。
【０１１３】
ＨＥＭＴ５００は、ノーマリーオフトランジスタである。ＨＥＭＴ５００の閾値を上げるため、バッファ層１２とチャネル層１４との間の少なくとも一部に、チャネル層１４よりもバンドギャップが大きいＧａＮ系半導体のバックバリア層（図示せず）を設けることも可能である。バックバリア層は、例えば、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎである。バックバリア層はＭｇなどをドープすることで、ｐ型にしても良い。
【０１１４】
また、ＨＥＭＴ５００の閾値を上げるため、溝３０の底部にｐ型のＧａＮ系半導体のｐ型層（図示せず）を設けることも可能である。ｐ型層は、例えば、ｐ型のＧａＮである。
【０１１５】
本実施形態の半導体装置によれば、第１の実施形態同様、絶縁層中の電子トラップとなる準位を低減することにより、電流コラプスの抑制が可能となる。また、絶縁層中の電子トラップとなる準位を低減することにより、閾値電圧の変動の抑制が可能となる。よって、信頼性の向上した半導体装置が実現できる。また、ゲート・リセス構造を備えることにより、ノーマリーオフトランジスタの実現が容易となる。
【０１１６】
（第６の実施形態）
本実施形態の半導体装置は、窒化物半導体層の中に位置する第２の領域と、窒化物半導体層の中の第２の領域と絶縁層との間に位置し、第２の領域よりも電気抵抗率の大きい第３の領域とを、更に備える点で第１の実施形態と異なっている。
【０１１７】
また、本実施形態の半導体装置は、窒化物半導体層と、窒化物半導体層の上の絶縁層と、窒化物半導体層の中の絶縁層の側に位置し、窒素原子の格子位置に存在する２個の酸素原子を有する第４の領域とを、更に備える点で第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
【０１１８】
本実施形態の半導体装置は、上記構成を備えることにより、窒化物半導体層と絶縁層との界面の絶縁層側に存在し、電子トラップとなる準位を低減できる。更に、窒化物半導体層と絶縁層との界面の窒化物半導体層側に存在し、電子トラップとなる準位を低減できる。したがって、電子トラップに起因する電流コラプスの更なる抑制が可能となる。
【０１１９】
以下、窒化物半導体層の結晶構造を構成する窒素原子以外の原子を原子Ｘとした場合に、原子Ｘがガリウム（Ｇａ）又は、原子Ｘがガリウム（Ｇａ）及びアルミニウム（Ａｌ）である場合を例に説明する。すなわち、窒化物半導体層が窒化ガリウム、又は、窒化アルミニウムガリウムである場合を例に説明する。
【０１２０】
図１５は、本実施形態の半導体装置の模式断面図である。本実施形態の半導体装置は、ＧａＮ系半導体を用いたＨＥＭＴである。
【０１２１】
図１５に示すように、半導体装置（ＨＥＭＴ）６００は、基板１０、バッファ層１２、チャネル層１４、バリア層１６、ソース電極（第１の電極）１８、ドレイン電極（第２の電極）２０、ゲート絶縁層（絶縁層）２２、ｐ型層２４、ゲート電極２８を備える。
【０１２２】
チャネル層１４と、バリア層１６とが、窒化物半導体層である。バリア層１６は、低抵抗領域（第２の領域）１６ａ、高抵抗領域（第３の領域、第４の領域）１６ｂを備える。
【０１２３】
基板１０は、例えば、シリコン（Ｓｉ）で形成される。基板１０には、シリコン以外にも、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）や炭化珪素（ＳｉＣ）を適用することも可能である。
【０１２４】
基板１０上に、バッファ層１２が設けられる。バッファ層１２は、基板１０とチャネル層１４との間の格子不整合を緩和する機能を備える。バッファ層１２は、例えば、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＷＧａ１−ＷＮ（０＜Ｗ＜１））の多層構造で形成される。
【０１２５】
バッファ層１２上に、チャネル層１４が設けられる。チャネル層１４は電子走行層とも称される。チャネル層１４は、例えば、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０≦Ｘ＜１）である。より具体的には、例えば、ＧａＮである。チャネル層１４の厚さは、例えば、０．１μｍ以上１０μｍ以下である。
【０１２６】
チャネル層１４上に、バリア層１６が設けられる。バリア層１６は電子供給層とも称される。バリア層１６のバンドギャップは、チャネル層１４のバンドギャップよりも大きい。バリア層１６は、例えば、ＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０＜Ｙ≦１、Ｘ＜Ｙ）である。より具体的には、例えば、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎである。バリア層１６の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【０１２７】
チャネル層１４とバリア層１６との間は、ヘテロ接合界面となる。ＨＥＭＴ５００のヘテロ接合界面に２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が形成されキャリアとなる。
【０１２８】
バリア層１６は、低抵抗領域１６ａと高抵抗領域１６ｂを備える。高抵抗領域１６ｂは、バリア層１６のゲート絶縁層２２側に位置する。
【０１２９】
高抵抗領域１６ｂの電気抵抗率は、低抵抗領域１６ａの電気抵抗率よりも大きい。電気抵抗率の大小関係は、例えば、拡がり抵抗測定（Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ：ＳＲＡ）、又は、走査型拡がり抵抗顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＳＳＲＭ）により判定することが可能である。
【０１３０】
低抵抗領域１６ａの電気抵抗率の低下は、キャリア濃度が高抵抗領域１６ｂよりも高いことに起因する。したがって、電気抵抗率の大小関係は、例えば、キャリア濃度の大小を判定できる走査型キャパシタンス顕微鏡（Ｓｃａｎｎｎｉｎｇ  Ｃａｐａｃｉｔａｍｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＳＣＭ）により判定することが可能である。
【０１３１】
低抵抗領域１６ａには、例えば、窒化アルミニウムガリウム中の窒素欠陥（以下ＶＮとも表記）が存在する。窒素欠陥はドナーとして機能する。したがって、窒素欠陥の存在により、窒化アルミニウムガリウムがｎ型化する。よって、低抵抗領域１６ａの電気抵抗率が小さくなる。
【０１３２】
高抵抗領域１６ｂは、窒素原子の格子位置に存在する２個の酸素原子（以下、ＶＮＯＯとも表記）を有する。例えば、窒化アルミニウムガリウム中の窒素原子の格子位置に２個の酸素原子が入っている。窒素原子の格子位置に入った２個の酸素原子はアクセプタとして機能する。
【０１３３】
高抵抗領域１６ｂでは、ドナーとして機能するＶＮと、アクセプタとして機能するＶＮＯＯが存在することにより、低抵抗領域１６ａよりもキャリア濃度が低下する。したがって、高抵抗領域１６ｂの電気抵抗率が、低抵抗領域１６ａよりも大きくなる。
【０１３４】
高抵抗領域１６ｂでは、ＶＮとＶＮＯＯとが近接して存在する。高抵抗領域１６ｂでは、ＶＮとＶＮＯＯとが電気的に相互作用が生じる程度に近接する。
【０１３５】
バリア層１６を構成する窒素原子以外の原子を原子Ｘとする。この場合、ＨＥＭＴ５００では、高抵抗領域１６ｂ中に、酸素原子と結合するボンドと、ダングリングボンドとを有する上記原子Ｘが存在する。原子Ｘと結合する酸素原子は、ＶＮＯＯを形成する２個の酸素原子のいずれか一方である。原子Ｘが、酸素原子と結合するボンドとダングリングボンドとを有することにより、ＶＮＯＯとＶＮが最も近接した構造となる。言い換えれば、ＶＮＯＯ、原子Ｘ、及び、ＶＮが複合体を形成している。
【０１３６】
高抵抗領域１６ｂ中の原子Ｘと酸素原子との結合、原子Ｘのダングリングボンドの存在、ＶＮＯＯ、原子Ｘ、及び、ＶＮの複合体の存在は、例えば、Ｘ線光電子分光（Ｘ−ｒａｙ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＸＰＳ）、赤外分光法（Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、又は、ラマン分光法により測定することが可能である。
【０１３７】
高抵抗領域１６ｂ中の酸素の濃度は、例えば、１×１０１９ｃｍ−３以上である。高抵抗領域１６ｂ中の酸素の濃度は、例えば、二次イオン質量分析法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＳＩＭＳ）により測定することが可能である。
【０１３８】
例えば、原子Ｘがガリウム（Ｇａ）原子である場合、１個のガリウム原子がＶＮＯＯのいずれか一方の酸素原子と結合し、且つ、ダングリングボンドを有する。また、原子Ｘがアルミニウム（Ａｌ）原子である場合、１個のアルミニウム原子がＶＮＯＯの１個の酸素原子と結合し、且つ、ダングリングボンドを有する。
【０１３９】
高抵抗領域１６ｂの厚さは、例えば、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
【０１４０】
高抵抗領域１６ｂ上にゲート絶縁層２２が設けられる。ソース電極１８とゲート電極２８との間のゲート絶縁層２２、及び、ゲート電極２８とドレイン電極２０との間のゲート絶縁層２２は、バリア層１６のパッシベーション層として機能する。
【０１４１】
ゲート絶縁層２２は、バリア層１６に接する酸化膜又は酸窒化膜を含む。そして、酸化膜又は酸窒化膜は、ボロン（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びインジウム（Ｉｎ）から成る群より選ばれる少なくとも一つの不純物と炭素（Ｃ）を含む。
【０１４２】
上記不純物のゲート絶縁層２２中の濃度分布の第１のピークが酸化膜又は酸窒化膜の中に在る。炭素のゲート絶縁層２２中の濃度分布の第２のピークが酸化膜又は酸窒化膜の中に在る。
【０１４３】
第１のピークとバリア層１６の距離が５ｎｍ以下である。第２のピークとバリア層１６の距離が５ｎｍ以下である。
【０１４４】
ゲート絶縁層２２の酸化膜又は酸窒化膜の中に、上記不純物の原子及び炭素原子と結合する酸素原子が存在する。酸化膜又は酸窒化膜の中で、上記不純物と炭素が複合体を形成している。
【０１４５】
ゲート絶縁層２２は、バリア層１６の表面に接し、ガリウム及び炭素の濃度が高い高ドープ領域２２ａと、ゲート電極２８側のガリウム及び炭素の濃度が低い低ドープ領域２２ｂで構成される。
【０１４６】
バリア層１６上には、ソース電極１８とドレイン電極２０が形成される。ソース電極１８とドレイン電極２０は、低抵抗領域１６ａに接する。
【０１４７】
ソース電極１８とドレイン電極２０は、例えば、金属電極である。金属電極は、例えば、チタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）の積層構造である。
【０１４８】
ソース電極１８及びドレイン電極２０と、バリア層１６との間は、オーミックコンタクトであることが望ましい。ソース電極１８とドレイン電極２０との距離は、例えば、５μｍ以上３０μｍ以下である。
【０１４９】
ソース電極１８とドレイン電極２０の間のゲート絶縁層２２上に、ｐ型層２４が設けられる。ｐ型層２４は、ＨＥＭＴ６００の閾値を上昇させる機能を有する。ｐ型層２４を設けることにより、ＨＥＭＴ６００をノーマリーオフトランジスタとすることが可能となる。
【０１５０】
ｐ型層２４は、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）がｐ型不純物として添加されたｐ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）である。ｐ型層２４は、例えば、多結晶質である。
【０１５１】
ｐ型層２４上には、ゲート電極２８が設けられる。ゲート電極２８は、例えば、金属電極である。ゲート電極２８は、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）である。
【０１５２】
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法の一例について説明する。図１６〜図１９は、本実施形態の製造途中の半導体装置の模式断面図である。
【０１５３】
本実施形態の半導体装置の製造方法は、窒化物半導体層の上に第１の絶縁層を形成し、酸素を含有する雰囲気中、窒化物半導体層の酸化量が１ｎｍ以下となる条件で熱処理を行い、窒化物半導体層に酸素を含む領域を形成する。
【０１５４】
まず、基板１０、例えば、Ｓｉ基板を準備する。次に、例えば、Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長により、バッファ層１２を成長させる。
【０１５５】
バッファ層１２は、例えば、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＷＧａ１−ＷＮ（０＜Ｗ＜１））の多層構造である。例えば、有機金属気相成長法によりバッファ層１２を成長させる。
【０１５６】
次に、バッファ層１２上に、チャネル層１４となる窒化ガリウム、バリア層１６となる窒化アルミニウムガリウムをエピタキシャル成長により形成する（図１６）。窒化アルミニウムガリウムは、例えば、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎの組成を有する。例えば、ＭＯＣＶＤ法により、チャネル層１４、バリア層１６を成長させる。
【０１５７】
次に、バリア層１６上に、絶縁層２５を形成する（図１７）。絶縁層２５は、例えば、ＣＶＤ法により形成される酸化シリコンである。
【０１５８】
次に、酸素を含有する雰囲気中、バリア層１６の酸化量が１ｎｍ以下となる条件で熱処理を行う。雰囲気中には、例えば、酸素は酸素分子の状態で含まれる。バリア層１６の酸化量が１ｎｍ以下であるか否かは、熱処理の前後で、絶縁層２５の厚さを測定することで判断できる。
【０１５９】
熱処理の雰囲気は、例えば、ドライ酸素雰囲気である。熱処理の温度は、例えば、４００℃以上１０５０℃以下である。
【０１６０】
熱処理により、バリア層１６の絶縁層２５側に、高抵抗領域１６ｂが形成される（図１８）。高抵抗領域１６ｂの下のバリア層１６は、高抵抗領域１６ｂよりも電気抵抗率の小さい低抵抗領域１６ａとなる。
【０１６１】
高抵抗領域１６ｂは、バリア層１６の窒素原子の格子位置に２個の酸素原子を導入することにより形成される。例えば、バリア層１６の窒素欠陥（ＶＮ）に２個の酸素原子が導入される。絶縁層２５内に、例えば、バリア層１６中のガリウム又はアルミニウムが拡散する。
【０１６２】
次に、絶縁層２５をウェットエッチングにより剥離する（図１９）。絶縁層２５は、高抵抗領域１６ｂが残存する条件で剥離する。
【０１６３】
次に、高抵抗領域１６ｂ上に第１の実施形態と同様の方法により、高ドープ領域２２ａと低ドープ領域２２ｂとを有するゲート絶縁層２２を形成する。
【０１６４】
次に、ゲート絶縁層２２上に、ｐ型層２４及びゲート電極２８を形成する。次に、バリア層１６上に、ソース電極１８及びドレイン電極２０を形成する。
【０１６５】
以上の製造方法により、図１５に示すＨＥＭＴ６００が形成される。
【０１６６】
以下、本実施形態の半導体装置及び半導体装置の製造方法の作用及び効果について説明する。図２０〜図２２は、本実施形態の半導体装置及び半導体装置の製造方法の作用の説明図である。以下、窒化物半導体として、窒化ガリウムを例に説明する。
【０１６７】
図２０は、窒素欠陥（ＶＮ）の説明図である。図２０（ａ）は窒化ガリウム中のＶＮの模式図である。図２０（ｂ）は、第１原理計算により求めたＶＮにより形成される準位の説明図である。
【０１６８】
窒化ガリウム中のＶＮは、図２０（ａ）に示されるように、窒化ガリウムから窒素原子が離脱することにより形成される。ＶＮに隣接するガリウム原子はダングリングボンドを有することになる。ＶＮは窒化ガリウム中でドナーとして機能する。
【０１６９】
第１原理計算によって、図２０（ｂ）に示すようにＶＮは、窒化ガリウムのバンドギャップ中に準位を形成することが明らかになった。図２０（ｂ）中、黒丸は準位に電子が埋まった状態、白丸は準位に電子が埋まっていない状態を示す。
【０１７０】
ＨＥＭＴにおいて電流コラプスが生じる一つの要因は、窒化物半導体層のバンドギャップ中の準位に電子がトラップされることで、２ＤＥＧの密度が変化することにあると考えられる。一般に、窒化ガリウム内には、ＶＮが存在する。ＶＮの密度は、特に、バリア層１６とゲート絶縁層２２の界面近傍で高いと考えられる。また、バリア層１６とゲート絶縁層２２の界面には、ガリウム原子のダングリングボンドが存在する。
【０１７１】
例えば、ＶＮで形成された準位に電子がトラップされると、ＶＮが負に帯電することになる。したがって、例えば、ＶＮ直下の２ＤＥＧ密度が減少する。したがって、電流コラプスが生じる。
【０１７２】
また、ゲート電極２８の直下のＶＮに電子がトラップされると、ＨＥＭＴ５００の閾値電圧が変動する。
【０１７３】
なお、バリア層１６とゲート絶縁層２２の界面に存在するガリウム原子のダングリングボンドはＶＮと同様の準位を形成する。したがって、バリア層１６とゲート絶縁層２２の界面に存在するガリウム原子のダングリングボンドによっても、ＶＮと同様の作用が生ずる。
【０１７４】
図２１は、窒素原子の格子位置に存在する２個の酸素原子（ＶＮＯＯ）の説明図である。図２１（ａ）は窒化ガリウム中のＶＮＯＯの模式図である。図２１（ｂ）は、第１原理計算により求めたＶＮＯＯにより形成される準位の説明図である。
【０１７５】
窒化ガリウム中のＶＮＯＯは、図２１（ａ）に示されるように、窒化ガリウム中のＶＮに２個の酸素原子が導入されることにより形成される。２個の酸素原子のそれぞれが隣接する２個のガリウム原子と結合することになる。ＶＮＯＯは窒化ガリウム中でアクセプタとして機能する。
【０１７６】
第１原理計算によれば、図２１（ｂ）に示すようにＶＮＯＯは、窒化ガリウムのバンドギャップ中に準位を形成することが明らかになった。図２１（ｂ）中、黒丸は準位が電子で埋まった状態、白丸は準位が電子で埋まっていない状態を示す。
【０１７７】
図２２は、ＶＮとＶＮＯＯが共存する場合の説明図である。図２２（ａ）は窒化ガリウム中のＶＮとＶＮＯＯの模式図である。図２２（ｂ）は、第１原理計算により求めたＶＮとＶＮＯＯが共存する場合の説明図である。
【０１７８】
図２２（ａ）は、窒化ガリウム中にＶＮとＶＮＯＯが共存する場合の、ＶＮとＶＮＯＯが最も近接した状態を示す。言い換えれば、１個のガリウム原子がダングリングボンドを有し、且つ、ＶＮＯＯのいずれか一方の酸素原子と結合する状態を示す。
【０１７９】
第１原理計算によれば、図２２（ｂ）に示すように、ＶＮとＶＮＯＯが共存する場合、ＶＮの準位から電子がＶＮＯＯの準位に移動した構造が安定となることが明らかとなった。この際、ＶＮにより形成されていた準位は伝導帯内に移動し、ＶＮＯＯにより形成されていた準位は価電子帯内に移動する。したがって、窒化ガリウムのバンドギャップ内の準位が消滅する。
【０１８０】
また、ＶＮとＶＮＯＯが共存する場合、ドナーとアクセプタが共存することで、キャリアが相殺され、キャリア濃度が低下する。したがって、窒化ガリウムの電気抵抗率が大きくなる。
【０１８１】
本実施形態では、窒化ガリウム中にＶＮＯＯを設ける。ＶＮＯＯとＶＮとの相互作用、ＶＮＯＯとバリア層１６とゲート絶縁層２２の界面のダングリングボンド相互作用により、窒化ガリウムのバンドギャップ内の準位が消滅する。したがって、電子のトラップが抑制される。よって、電流コラプスの抑制が可能となる。
【０１８２】
また、ＶＮとＶＮＯＯが共存する場合、ドナー準位とアクセプタ準位が消滅することで、キャリアが相殺され、キャリア濃度が低下する。したがって、窒化ガリウムの電気抵抗率が大きくなる。
【０１８３】
窒化ガリウム中のＶＮの量は、１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３程度であると考えられる。ＶＮＯＯと複合体を形成しない余剰のＶＮが存在すると、残存したＶＮのバンドギャップ中の準位により、電流コラプス、閾値電圧の変動が生じる恐れがある。
【０１８４】
余剰のＶＮ生じないようにする観点から、高抵抗領域１６ｂ中の酸素の濃度は２×１０１９ｃｍ−３以上であることが望ましく、２×１０２０ｃｍ−３以上であることがより望ましい。
【０１８５】
また、ゲート電極２８直下での電子のトラップが抑制されることにより、閾値電圧の変動が抑制される。
【０１８６】
図２３は、本実施形態の半導体装置の製造方法の作用の説明図である。
【０１８７】
窒化ガリウム中に、図２３（ａ）に示すようなＶＮが存在すると仮定する。図２３（ｂ）に示すように、酸素雰囲気中での熱処理により窒化ガリウムに２個の酸素を酸素分子の状態で供給する。
【０１８８】
図２３（ｃ）に示すように、酸素分子はＶＮに導入されＶＮＯＯを形成する。言い換えれば、窒化ガリウムの窒素原子の格子位置に２個の酸素原子が導入される。２個の酸素原子のそれぞれが、２個のガリウムと結合する。
【０１８９】
第１原理計算によれば、ＶＮＯＯとＶＮとが近接することで系のエネルギーが小さくなり、安定な構造となる。したがって、図２３（ｄ）に示すように、熱処理によりＶＮＯＯとＶＮが近接した構造が形成される。具体的には、例えば、１個のガリウム原子がダングリングボンドを有し、且つ、ＶＮＯＯのいずれか一方の酸素原子と結合する構造が形成される。
【０１９０】
以上、図２０〜図２３では、窒化物半導体層を構成する窒素原子以外の原子である原子Ｘがガリウムである場合を例に説明した。すなわち、窒化物半導体層が窒化ガリウムである場合を例に説明した。しかし、窒化ガリウムのガリウム原子の一部或いは全部がアルミニウム又はインジウムで置換されたその他のＧａＮ系半導体であっても、窒化ガリウムと同様の作用が生じる。すなわち、原子Ｘがアルミニウム又はインジウムであっても原子Ｘがガリウムである場合と同様の作用が生じる。
【０１９１】
本実施形態において、ＶＮＯＯを形成する際の、酸素雰囲気中の熱処理は、実質的に窒化アルミニウムガリウムが酸化されない条件で行われることが望ましい。具体的には、バリア層１６上に絶縁層２５を形成した後、酸素を含有する雰囲気中、バリア層１６の酸化量が１ｎｍ以下となる条件で熱処理を行う。
【０１９２】
熱処理により窒化アルミニウムガリウムの酸化が進行しないように、バリア層１６上に絶縁層２５を形成した後に熱処理を行う。バリア層１６を直接、酸素雰囲気中に晒すと、バリア層１６の表面が酸化されるからである。
【０１９３】
また、熱処理の雰囲気中には酸素分子が含まれることが望ましい。バリア層１６に酸素が、２個の酸素原子がペアとなる酸素分子として供給されることにより、ＶＮＯＯ構造が容易に形成されるからである。
【０１９４】
例えば、プラズマ状態の酸素がバリア層１６に供給される場合、酸素原子が単体で供給される。このため、同一の窒素原子の格子位置に２個の酸素原子を導入することが困難である。
【０１９５】
窒素原子の格子位置に１個の酸素原子が存在する構造（以下、ＶＮＯとも表記）は、窒化物半導体中でドナーとして機能する。したがって、ＶＮと共存した場合でもドナー同士の共存となり、窒化物半導体の電気抵抗率が大きくなることはない。また、ＶＮとの相互作用によるバンドギャップ内の準位の低減も生じない。
【０１９６】
熱処理の温度は、４００℃以上１０５０℃以下であることが望ましい。上記範囲を上回ると、バリア層１６上に絶縁層２５を設けてもバリア層１６の窒化アルミニウムガリウムが酸化される恐れがある。また、上記範囲を上回ると、酸素分子が酸素原子に乖離してバリア層１６に供給され、ＶＮＯＯの形成が困難となる。窒化アルミニウムガリウムが酸化されたり、酸素分子が酸素原子に乖離してバリア層１６に供給されたりする場合、ＶＮＯＯに代えてＶＮＯが形成されやすくなる。
【０１９７】
熱処理の温度が、上記範囲を下回ると、酸素が絶縁層２５中を拡散しない恐れがある。熱処理の温度は、５５０℃以上９００℃以下であることがより望ましい。
【０１９８】
図２４は、本実施形態の変形例の説明図である。図２４（ａ）は、ＶＮＯＯとＶＮＯとが共存する場合の模式図、図２４（ｂ）は、ＶＮＯＯと窒化ガリウムのガリウム位置にシリコン原子が存在する構造が共存する場合の模式図である。
【０１９９】
ＶＮＯは、窒化物半導体中でドナーとして機能する。第１原理計算によれば、図２４（ａ）のように、ＶＮＯＯとＶＮＯとが共存する場合も、ＶＮＯＯとＶＮが共存する場合と同様、相互作用によりバンドギャップ内の準位が消滅する。
【０２００】
また、窒素原子の格子位置に、酸素原子と同様、２価のイオウ（Ｓ）原子、セレン（Ｓｅ）原子、及び、テルル（Ｔｅ）原子から選ばれる原子のいずれか１個が存在する構造も、ＶＮＯＯと共存することでＶＮと同様の作用及び効果を発現する。
【０２０１】
窒化ガリウムのガリウム位置にシリコン原子が存在する構造は、窒化物半導体中でドナーとして機能する。また、第１原理計算によれば、図２４（ｂ）のように、ＶＮＯＯと窒化ガリウムのガリウム位置にシリコン原子が存在する構造とが共存する場合も、ＶＮＯＯとＶＮが共存する場合と同様、相互作用によりバンドギャップ内の準位が消滅する。
【０２０２】
また、窒化ガリウムのガリウム位置に、シリコン原子と同様、４価のゲルマニウム（Ｇｅ）原子、チタン（Ｔｉ）原子、ジルコニウム（Ｚｒ）原子、及び、ハフニウム（Ｈｆ）原子のいずれ１個が存在する構造も、ＶＮＯＯと共存することでＶＮと同様の作用・効果を発現する。
【０２０３】
イオウ（Ｓ）原子、セレン（Ｓｅ）原子、テルル（Ｔｅ）原子、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）原子、チタン（Ｔｉ）原子、ジルコニウム（Ｚｒ）原子、ハフニウム（Ｈｆ）原子等は、例えば、イオン注入や堆積膜からの固相拡散によりバリア層１６に導入することが可能である。
【０２０４】
本実施形態の半導体装置及び半導体装置の製造方法によれば、第１の実施形態同様、絶縁層中の電子トラップとなる準位を低減することにより、電流コラプスの抑制が可能となる。また、絶縁層中の電子トラップとなる準位を低減することにより、閾値電圧の変動の抑制が可能となる。更に、窒化物半導体層中の電子トラップとなる準位を低減することによっても、電流コラプスの抑制が可能となる。よって、更に信頼性の向上した半導体装置が実現できる。
【０２０５】
（第７の実施形態）
本実施形態の電源回路及びコンピュータは、ＨＥＭＴを有する。
【０２０６】
図２５は、本実施形態のコンピュータの模式図である。本実施形態のコンピュータは、サーバ７００である。
【０２０７】
サーバ７００は筐体４０内に電源回路４２を有する。サーバ７００は、サーバソフトウェアを稼働させるコンピュータである。
【０２０８】
電源回路４２は、第１の実施形態のＨＥＭＴ１００を有する。ＨＥＭＴ１００に代えて、第２乃至第６の実施形態のＨＥＭＴ２００、ＨＥＭＴ３００、ＨＥＭＴ４００、ＨＥＭＴ５００、ＨＥＭＴ６００を適用しても構わない。電源回路４２は、例えば、車載用の電源回路である。
【０２０９】
電源回路４２は、電流コラプスが抑制されたＨＥＭＴ１００を有することにより、高い信頼性を備える。また、サーバ７００は、電源回路４２を有することにより、高い信頼性を備える。
【０２１０】
本実施形態によれば、高い信頼性を備える電源回路及びコンピュータが実現できる。
【０２１１】
実施形態では、ＧａＮ系半導体層の材料としてＧａＮやＡｌＧａＮを例に説明したが、例えば、インジウム（Ｉｎ）を含有するＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、ＩｎＡｌＧａＮを適用することも可能である。また、ＧａＮ系半導体層の材料としてＡｌＮを適用することも可能である。
【０２１２】
また、実施形態では、ＨＥＭＴへの適用を例に説明したが、本発明はＨＥＭＴに限らず、その他のトランジスタ又はダイオード等のデバイスに適用することも可能である。
【０２１３】
また、実施形態では、ゲート絶縁層及びパッシベーション層への適用を例に説明したが、本発明は、ゲート絶縁層又はパッシベーション層に限らず、例えば、トランジスタ又はダイオードの終端領域の絶縁層等にも適用することが可能である。
【０２１４】
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。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。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】
【０２１５】
１４      チャネル層（窒化物半導体層）
１６      バリア層（窒化物半導体層）
１６ａ    低抵抗領域（第２の領域）
１６ｂ    高抵抗領域（第３の領域、第４の領域）
２２      ゲート絶縁層（絶縁層）
２２ａ    高ドープ領域（酸化膜又は酸窒化膜）
２２ｂ    低ドープ領域（領域、第１の領域）
２３      パッシベーション層（絶縁層）
２３ａ    高ドープ領域（酸化膜又は酸窒化膜）
２３ｂ    低ドープ領域（領域、第１の領域）
４２      電源回路
１００    ＨＥＭＴ（半導体装置）
２００    ＨＥＭＴ（半導体装置）
３００    ＨＥＭＴ（半導体装置）
４００    ＨＥＭＴ（半導体装置）
５００    ＨＥＭＴ（半導体装置）
６００    ＨＥＭＴ（半導体装置）
７００    サーバ（コンピュータ）
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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