(57)【要約】【課題】      ２つ以上の２次元電子ガスを有する窒化物半導体装置において、ソース電極またはドレイン電極のコンタクト抵抗を小さくして効率を高める。【解決手段】    窒化物半導体の第１電子走行層と、前記第１電子走行層の上方に設けられた、窒化物半導体の第１電子供給層と、前記第１電子供給層の上方に設けられた、窒化物半導体の第２電子走行層と、前記第２電子走行層の上方に設けられた、窒化物半導体の第２電子供給層と、前記第１電子供給層と前記第２電子走行層との間に設けられ、前記第２電子走行層よりも電子親和力が小さく、且つ、前記第１電子供給層よりも電子親和力が大きいバンド変調層と、を有することを特徴とする窒化物半導体装置により上記課題を解決する。【選択図】    図１
2018190877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体の第１電子走行層と、
前記第１電子走行層の上方に設けられた、窒化物半導体の第１電子供給層と、
前記第１電子供給層の上方に設けられた、窒化物半導体の第２電子走行層と、
前記第２電子走行層の上方に設けられた、窒化物半導体の第２電子供給層と、
前記第１電子供給層と前記第２電子走行層との間に設けられ、前記第２電子走行層よりも電子親和力が小さく、且つ、前記第１電子供給層よりも電子親和力が大きいバンド変調層と、
を有することを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項２】
前記バンド変調層はＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ（０＜ｘ＜１）であることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記第１電子供給層はＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ｎ（０＜ｘ＜ｙ＜１）であることを特徴とする、請求項１または２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
前記第１電子走行層または前記第２電子走行層はＩｎＧａＮであることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記第１電子供給層または前記第２電子供給層はＩｎＡｌＮまたはＩｎＡｌＧａＮであることを特徴とする、請求項１または４に記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
前記第１電子供給層と前記バンド変調層とは互いに接し、前記バンド変調層と前記第２電子走行層とは互いに接していることを特徴とする、請求項１乃至４の何れか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項７】
前記第１電子走行層と前記第１電子供給層との間に設けられた窒化物半導体の第１スペーサ層または前記第２電子走行層と前記第２電子供給層との間に設けられた窒化物半導体の第２スペーサ層の少なくともどちらか一方を有することを特徴とする、請求項１乃至６の何れか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項８】
前記第２電子供給層或いは前記第２電子走行層或いは前記第１電子供給層に接して設けられた電極を有することを特徴とする、請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項９】
前記バンド変調層はドナー型不純物を含有することを特徴とする、請求項１乃至８の何れか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１０】
前記ドナー型不純物はＳｉであることを特徴とする請求項９に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１１】
窒化物半導体の第１電子走行層を形成し、
前記第１電子走行層の上方に、窒化物半導体の第１電子供給層を形成し、
前記第１電子供給層の上方に、前記第１電子供給層よりも電子親和力が大きいバンド変調層を形成し、
前記バンド変調層の上方に、前記バンド変調層よりも電子親和力が大きく窒化物半導体の第２電子走行層を形成し、
前記第２電子走行層の上方に、窒化物半導体の第２電子供給層を形成することを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波、高出力の特性を得ることができる半導体装置の一つの例として、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）がある。ＨＥＭＴは電子親和力の異なる半導体層を有し、それらの半導体層の界面において、バンドの不連続により２次元電子ガス（２ＤＥＧ：２  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｇａｓ）が発生する。２ＤＥＧが発生している半導体層を電子走行層やキャリア走行層と呼び、電子走行層よりも電子親和力が小さいもう一つの半導体層を電子供給層やキャリア供給層と呼ぶ。ＨＥＭＴは電子走行層や電子供給層を含む半導体積層構造上にソース電極、ゲート電極、ドレイン電極の３つの金属電極を有し、ゲート電極に印加するゲート電圧を変えることによりＨＥＭＴのオン・オフを切り替える。
【０００３】
ＨＥＭＴのより一層の高出力化のために電子供給層と電子走行層のペアを２つ設けたダブルチャネル構造が知られている。ダブルチャネル構造の基本的な形態は第１電子走行層と、第１電子走行層上に設けられた第１電子供給層、第１電子供給層上に設けられた第２電子走行層と、第２電子走行層上に設けられた第２電子供給層を有する。第１電子走行層の第１電子走行層と第１電子供給層との界面近傍には第１の２ＤＥＧが存在し、第２電子走行層の第２電子走行層と第２電子供給層との界面近傍には第２の２ＤＥＧが存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／００５３７２号公報
【特許文献２】特開２００８−２１１０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ダブルチャネル構造のＨＥＭＴにおいて、ソース電極またはドレイン電極のコンタクト抵抗が大きい。そのため、ＨＥＭＴで損なわれる電力が大きくなり高効率な窒化物半導体装置は実現できなかった。本発明の１つの側面ではソース電極またはドレイン電極のコンタクト抵抗が低く高効率な窒化物半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
窒化物半導体装置の一態様には、窒化物半導体の第１電子走行層と、前記第１電子走行層の上方に設けられた、窒化物半導体の第１電子供給層と、前記第１電子供給層の上方に設けられた、窒化物半導体の第２電子走行層と、前記第２電子走行層の上方に設けられた、窒化物半導体の第２電子供給層と、前記第１電子供給層と前記第２電子走行層との間に設けられ、前記第２電子走行層よりも電子親和力が小さく、且つ、前記第１電子供給層よりも電子親和力が大きいバンド変調層と、を有することを特徴とする。
【０００７】
窒化物半導体装置の製造方法の一態様には、窒化物半導体の第１電子走行層を形成し、前記第１電子走行層の上方に、窒化物半導体の第１電子供給層を形成し、前記第１電子供給層の上方に、前記第１電子供給層よりも電子親和力が大きいバンド変調層を形成し、前記バンド変調層の上方に、前記バンド変調層よりも電子親和力が大きく窒化物半導体の第２電子走行層を形成し、前記第２電子走行層の上方に、窒化物半導体の第２電子供給層を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
一実施態様によれば、高効率な窒化物半導体装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る窒化物半導体装置を示す図である。
【図２】想定しうる態様の窒化物半導体積層構造体を示す図である。
【図３】想定しうる態様の窒化物半導体積層構造体におけるバンドプロファイルの一例である。
【図４】バンド変調層を有する窒化物半導体積層構造体を示す図である。
【図５】バンド変調層を有する窒化物半導体積層構造体におけるバンドプロファイルの一例である。
【図６】第１の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造工程を例示する図（その１）である。
【図７】第１の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造工程を例示する図（その２）である。
【図８】第１の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造工程を例示する図（その３）である。
【図９】第１の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造工程を例示する図（その４）である。
【図１０】第１の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造工程を例示する図（その５）である。
【図１１】第１の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造工程を例示する図（その６）である。
【図１２】第１の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造工程を例示する図（その７）である。
【図１３】第１の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造工程を例示する図（その８）である。
【図１４】第１の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造工程を例示する図（その９）である。
【図１５】第２の実施形態に係る窒化物半導体装置を示す図である。
【図１６】第２の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造工程を例示する図（その１）である。
【図１７】第２の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造工程を例示する図（その２）である。
【図１８】第２の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造工程を例示する図（その３）である。
【図１９】第２の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造工程を例示する図（その４）である。
【図２０】第３の実施形態に係る窒化物半導体装置を示す図である。
【図２１】ドナー型不純物を含有するバンド変調層が形成された窒化物半導体積層構造体を示す図である。
【図２２】ドナー型不純物を含有するバンド変調層が形成された窒化物半導体積層構造体のバンドプロファイルの一例である。
【図２３】ドナー型不純物を第２電子走行層に含有する窒化物半導体積層構造体を示す図である。
【図２４】ドナー型不純物を第２電子走行層に含有する窒化物半導体積層構造体のバンドプロファイルの一例である。
【図２５】第３の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造工程を例示する図（その１）である。
【図２６】第４の実施形態に係る窒化物半導体装置を示す図である。
【図２７】第５の実施形態に係る窒化物半導体装置を示す図である。
【図２８】第６の実施形態に係るディスクリートパッケージを示す図である。
【図２９】第７の実施形態に係るＰＦＣ回路を示す結線図である。
【図３０】第８の実施形態に係る電源装置を示す結線図である。
【図３１】第９の実施形態に係る増幅器を示す結線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る窒化物半導体装置１００を例示する断面図である。第１の実施形態の窒化物半導体装置１００は、基板１０１と、初期層１０２と、バッファ層１０３と、第１電子走行層１０４と、第１スペーサ層１０６と、第１電子供給層１０７と、バンド変調層１０８と、第２電子走行層１０９と、第２スペーサ層１１１と、第２電子供給層１１２と、保護膜１１７と、ソース電極１１３と、ドレイン電極１１５及びゲート電極１１４とを有する。初期層１０２は基板１０１の上方に設けられ、バッファ層１０３は初期層１０２の上方に形成される。第１電子走行層１０４はバッファ層１０３の上方に形成され、第１電子供給層１０７は第１電子走行層１０４の上方に形成される。第１スペーサ層１０６は第１電子走行層１０４と第１電子供給層１０７との間に形成される。第１電子走行層１０４の第１電子走行層１０４と第１スペーサ層１０６との界面近傍には第１の２ＤＥＧ１０５が発生している。バンド変調層１０８は第１電子供給層１０７の上方に形成される。第２電子走行層１０９はバンド変調層１０８の上方に形成され、第２電子供給層１１２は第２電子走行層１０９の上方に形成される。第２スペーサ層１１１は第２電子走行層１０９と第２電子供給層１１２との間に形成される。第２電子走行層１０９の第２電子走行層１０９と第２スペーサ層１１１との界面近傍には第２の２ＤＥＧ１１０が発生している。ソース電極１１３、ゲート電極１１４、ドレイン電極１１５は第２電子供給層１１２上に形成され、ゲート電極１１４を挟む位置にソース電極１１３及びドレイン電極１１５が形成される。保護膜１１７は第２電子供給層１１２を覆い、ソース電極１１３及びゲート電極１１４の間とゲート電極１１４及びドレイン電極１１５との間に形成される。ソース電極１１３、ゲート電極１１４、ドレイン電極１１５を１つの素子とし、それら素子が複数個形成されている。隣り合う素子同士のショートを防ぐために素子分離領域１１６を形成する。素子分離領域１１６は第２電子供給層１１２の表面から第１の２ＤＥＧ１０５まで到達する深さまで形成される。
【００１２】
基板１０１は、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ、サファイア等の材料により形成される。基板１０１の導電性は、半絶縁性、導電性のどちらであってもよい。本実施形態では、基板１０１は例えばＳｉ基板１０１を用いる。
【００１３】
初期層１０２は、例えばＡｌＮにより形成される。初期層１０２の厚みとしては１０ｎｍ〜２５０ｎｍを用いる。初期層１０２の厚みが１０ｎｍ未満であると、バッファ層１０３成長時において表面濡れ性が悪化し、成長核密度が低下することに起因して、窒化物半導体装置の表面平坦性が著しく悪化することになる。初期層１０２の厚みが２５０ｎｍを超えると、ＡｌＮ層にはクラックが発生する。
【００１４】
バッファ層１０３は、例えばＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ（０≦ｘ≦１）の組成比で表される材料により形成される。本実施形態では、バッファ層１０３は例えばＡｌＧａＮにより形成される。バッファ層１０３にＡｌを含む材料を用いることで、窒化物半導体装置において電極側から基板１０１側への縦方向の耐圧が高くなる。バッファ層１０３は例えば１ｎｍ〜８００ｎｍの厚みで形成される。バッファ層１０３の厚みが１ｎｍ未満であると、第１の実施形態に係る窒化物半導体装置１００の動作時においてバッファリーク電流が大きくなり、窒化物半導体装置の特性が悪化する。バッファ層１０３の厚みが８００ｎｍを超えると、Ｓｉ基板１０１との格子定数の差における歪みが蓄積しバッファ層１０３におけるクラックや反りが発生する可能性がある。
【００１５】
本実施形態では、バッファ層１０３として膜厚方向における組成が均一なＡｌＧａＮの単層を用いて説明したが、ＡｌＧａＮの単層の代わりに膜厚方向において基板１０１から遠ざかるにつれて連続的或いは段階的にＡｌ組成が減少するＡｌＧａＮ層を用いても良い。その際、ＡｌＧａＮは単層でも良いし、例えば３層の組成の異なるＡｌＧａＮ層を複数層形成しても良い。基板１０１から遠ざかるにつれてＡｌ組成を減少させることで、電子走行層のＧａＮとの格子整合性を高め、キャリア走行層の結晶性を良好にできる。更に、バッファ層１０３を高抵抗化するための不純物元素としてＦｅをドープしても良い。バッファ層１０３にＦｅ等の不純物元素をドープすることにより、バッファ層１０３の抵抗を高くでき、バッファリーク電流を抑制できる。
【００１６】
第１電子走行層１０４は、例えばｉ−ＧａＮ（ｉｎｔｅｎｔｉｏｎａｌｌｙ  ｕｎ−ｄｏｐｅｄ  ＧａＮ）により形成される。第１電子走行層１０４は、例えば１００ｎｍ〜１０００ｎｍの厚みで形成される。第１電子走行層１０４の厚みが１００ｎｍ未満であると、チャネルの結晶品質が悪化する。第１電子走行層１０４の厚みが１０００ｎｍを超えると、ソース・ドレイン間のオフリーク電流の増加が懸念されるほか、結晶成長においてもクラックの発生という課題に直面する。
【００１７】
第１スペーサ層１０６としてはＡｌＮが用いられる。第１スペーサが形成されることにより、不純物散乱の影響を抑制することが出来るため第１の２ＤＥＧ１０５の電子移動度が高い。第１スペーサ層１０６は形成されなくても良い。
【００１８】
第１電子供給層１０７は、例えばＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ（０＜ｘ≦１）の組成比で表される材料により形成される。第１電子供給層１０７に用いられる材料の電子親和力は、第１電子走行層１０４に用いられる材料の電子親和力よりも小さい。本実施形態では、第１電子供給層１０７は例えばＡｌ０．２Ｇａ０．８ＮとＡｌ組成比が２０％のＡｌＧａＮを用いる。第１電子供給層１０７は、例えば１０ｎｍ〜２０ｎｍの厚みで形成される。
【００１９】
バンド変調層１０８に用いられる材料の電子親和力は、第２電子走行層１０９に用いられる材料の電子親和力よりも小さく、第１電子供給層１０７に用いられる材料の電子親和力よりも大きい。本実施形態のバンド変調層１０８の材料は、Ａｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎにより形成される。バンド変調層１０８は、例えば１ｎｍ〜１０ｎｍの厚みで形成される。バンド変調層１０８の厚みが１ｎｍ未満であると、バンド変調層１０８と第１スペーサ層１０７との界面におけるポテンシャルを下げる効果が小さい。バンド変調層１０８の厚みが１０ｎｍを超えると、第１電子走行層１０４と第２電子走行層１０９が空間的に分離されることになり、ゲート制御性の悪化に繋がる。より具体的には、その厚みは第２電子走行層１０９および第１電子供給層１０７よりも薄い方がゲート制御性の観点で良い。
【００２０】
第２電子走行層１０９は、例えばｉ−ＧａＮにより形成される。第２電子走行層１０９は、例えば５ｎｍ〜２０ｎｍの厚みで形成される。第２電子走行層１０９の厚みが５ｎｍ未満であると、量子閉じ込め効果により第２電子走行層１０９中の量子準位の基底エネルギーが上昇し、電子波動関数は第２電子供給層１１２またはバンド変調層１０８へ染み出しやすくなる。これは結果として電子散乱確率を増加させるために、移動度の低下を引き起こす。第２電子走行層１０９の厚みが２０ｎｍを超えると、ゲート制御性の低下が著しく現れる。
【００２１】
第２スペーサ層１１１としてはＡｌＮが用いられる。第２スペーサ層１１１が形成されることにより、不純物散乱の影響を抑制することが出来るため第２の２ＤＥＧ１１０の電子移動度が高い。第２スペーサ層１１１は形成されなくても良い。
【００２２】
第２電子供給層１１２は、例えばＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ｎ（０≦ｙ≦１）の組成比で表される材料により形成される。第２電子供給層１１２に用いられる材料の電子親和力は、第２電子走行層１０９に用いられる材料の電子親和力よりも小さい。本実施形態では、第２電子供給層１１２は例えばＡｌ０．３Ｇａ０．７ＮとＡｌ組成比が３０％のＡｌＧａＮを用いる。第１の２ＤＥＧ１０５の電荷密度よりも第２の２ＤＥＧ１１０の電荷密度の方が小さいため、第２の２ＤＥＧ１１０の電荷密度をより多くするために第１電子供給層１０７のＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ（０＜ｘ≦１）よりもＡｌ組成比を大きくすることが好ましい。第２電子供給層１１２は、例えば１０ｎｍ〜３０ｎｍの厚みで形成される。第２電子供給層１１２の上方にｎ−ＧａＮ或いはｉ−ＧａＮによるキャップ層を形成しても良い。第２電子供給層１１２の上方にキャップ層を形成することにより、表面平坦性の改善、さらに表面準位密度低減による電流コラプス現象が抑制できる。
【００２３】
ソース電極１１３及びドレイン電極１１５は、例えばＴｉ／Ａｌにより形成される。Ｔｉ／Ａｌと表記した場合、Ｔｉの方がＡｌよりも基板１０１側に形成されることを表す。電極材料としてはＴｉ／Ａｌに限らず、第２電子供給層１１２とオーミック接触がとれる材料であれば、どのような材料であっても良い。
【００２４】
ゲート電極１１４は、例えばＮｉ／Ａｕにより形成される。Ｎｉ／Ａｕと表記した場合、Ｎｉの方がＡｕよりも基板１０１側に形成されることを表す。電極材料としてはＮｉ／Ａｕに限らず、第２電子供給層１１２とショットキー接触がとれるのであれば、どのような材料であっても良い。
【００２５】
保護膜１１７は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）により形成される。シリコン窒化膜以外にも、例えば単層のシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）、単層のシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）、または単層のアルミニウム窒化膜（ＡｌＮ膜）等の材料により形成してもよい。保護膜１１７を、ＳｉＮ膜、ＳｉＯ２膜、ＳｉＯＮ膜及びＡｌＮ膜から選択された何れか２層以上を積層した膜により形成しても良い。
【００２６】
保護膜１１７は、例えば１ｎｍ〜２０００ｎｍの厚みで形成される。保護膜１１７を設けることで、電子供給層の例えばＡｌの酸化を抑制することができる。Ａｌが酸化すると電子供給層に酸化アルミニウム起因の不純物準位が形成される。この不純物準位は電子のトラップ源となるため電流コラプスが発生する。保護膜１１７を設けることにより、Ａｌの酸化を抑制し電流コラプスの発生を抑制することができて、第１の実施形態に係る窒化物半導体装置の特性が良くなる。保護膜１１７を形成する手段以外の手段によって電子供給層のＡｌの酸化を抑制することができるのであれば保護膜１１７は設けなくてもよい。
【００２７】
素子分離領域１１６は、例えばアルゴン（Ａｒ）を注入することにより形成される。アルゴンの注入は、少なくとも第１電子供給層１０７と第１スペーサ層１０６とが接する部分よりも深い部分まで行う。第１スペーサ層１０６が形成されない場合は、アルゴンの注入は少なくとも第１電子供給層１０７と第１電子走行層１０４とが接する部分よりも深い部分まで行われる。第１電子供給層１０７と第１スペーサ層１０６または第１電子走行層１０４とが接する部分までアルゴンが注入されることで２次元電子ガスが発生しない素子分離領域１１６が確定される。素子分離領域１１６により、窒化物半導体装置１００の活性領域が確定される。
【００２８】
素子分離は、上記のアルゴンが注入される方法の代わりに、例えばＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）法を用いて行われても良い。ＳＴＩ法を用いる場合においても、第１電子供給層１０７と、第１スペーサ層１０６または第１電子走行層１０４とが接する部分までエッチングにより溝が形成されることで素子分離が行われる。
【００２９】
図２は想定しうる態様の窒化物半導体積層構造体９００を表す。窒化物半導体積層構造体９００は第１電子走行層９０１、第１電子供給層９０２、第２電子走行層９０３、第２電子供給層９０４を有する。第１電子走行層９０１はＧａＮであり厚みは８００ｎｍとした。第１電子供給層９０２はＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎであり厚みは２０ｎｍとした。第２電子走行層９０３はＧａＮであり厚みは１５ｎｍとした。第２電子供給層９０４はＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎであり厚みは２０ｎｍとした。第１電子走行層９０１の第１電子走行層９０１と第１電子供給層９０２との界面近傍には第１の２ＤＥＧ９０５が存在する。第２電子走行層９０３の第２電子走行層９０３と第２電子供給層９０４との界面近傍には第２の２ＤＥＧ９０６が存在する。
【００３０】
図３は想定しうる態様の窒化物半導体積層構造体９００におけるバンドプロファイルである。横軸は第２電子供給層９０４表面からの深さを表し、縦軸は伝導帯底のポテンシャル（ｅＶ）を表す。図３に示されるように、第１の２ＤＥＧ９０５の電子密度は７．２×１０１２ｃｍ−２であり、第２の２ＤＥＧ９０６の電子密度は１．２×１０１２ｃｍ−２である。
【００３１】
第２の２ＤＥＧ９０６の電子密度の方が第１の２ＤＥＧ９０５の電子密度よりも少ない理由について説明する。第１電子供給層９０２と第２電子走行層９０３との界面に負の分極電荷が発生し、その界面のポテンシャルが引き上がる。第１電子供給層９０２と第２電子走行層９０３との界面のポテンシャルの引き上げに伴い、第２電子走行層９０３全体のポテンシャルが引き上がる。その結果、第２電子走行層９０３における第２の２ＤＥＧ９０６量が少なくなり、第２の２ＤＥＧ９０６の電子密度は第１の２ＤＥＧ９０５の電子密度よりも小さくなる。想定しうる態様の窒化物半導体積層構造体９００にソース電極１１３、ドレイン電極１１５等を形成しＨＥＭＴを完成させた場合、ソース電極１１３、ドレイン電極１１５のコンタクト抵抗が大きい。
【００３２】
バンド変調層１９３を形成することによる効果について説明する。図４はバンド変調層１９３を有する窒化物半導体積層構造体１９０を表す。窒化物半導体積層構造体１９０は第１電子走行層１９１、第１電子供給層１９２、バンド変調層１９３、第２電子走行層１９４、第２電子供給層１９５を有する。第１電子走行層１９１の第１電子走行層１９１と第１電子供給層１９２との界面近傍には第１の２ＤＥＧ１９６が存在する。第２電子走行層１９４の第２電子走行層１９４と第２電子供給層１９５との界面近傍には第２の２ＤＥＧ１９７が存在する。バンド変調層１９３はＡｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎであり厚みは５ｎｍとした。バンド変調層１９３の有無以外の各窒化物半導体層の材料や厚みの条件はバンド変調層が形成されていない窒化物半導体積層構造体９００と同じである。
【００３３】
図５はバンド変調層１９３が形成された窒化物半導体積層構造体１９０のバンドプロファイルである。横軸は第２電子供給層１９５表面からの深さを表し、縦軸は伝導帯底のポテンシャル（ｅＶ）を表す。図５に示されるように、第１の２ＤＥＧ１９６の電子密度は７．０×１０１２ｃｍ−２であり、第２の２ＤＥＧ１９７の電子密度は２．３×１０１２ｃｍ−２である。バンド変調層１９３が形成された窒化物半導体積層構造体１９０は、バンド変調層が形成されていない窒化物半導体積層構造体９００と比較して第１の２ＤＥＧ量と第２の２ＤＥＧ量とを足し合わせた２ＤＥＧの総量が９．０×１０１１ｃｍ−２多い。窒化物半導体積層構造体９００の２ＤＥＧの電子密度よりも窒化物半導体積層構造体１９０の２ＤＥＧの電子密度の方が増加した理由を説明する。
【００３４】
想定しうる態様の窒化物半導体積層構造体９００では、第１電子供給層９０２の第２電子走行層９０３側である表面には負の分極電荷が現れており、窒化物半導体積層構造体９００の第２電子走行層９０３の第１電子供給層９０２側である裏面には正の分極電荷が現れている。第１電子供給層９０２の第２電子走行層９０３側である表面の負の分極電荷量の方が第２電子走行層９０３の第１電子供給層９０２側である裏面の正の分極電荷量よりも多いため、第１電子供給層９０２と第２電子走行層９０３との界面には負の分極電荷が残る。
【００３５】
バンド変調層１９３を有する窒化物半導体積層構造体１９０では、第１電子供給層１９２のバンド変調層１９３側である表面には負の分極電荷が現れる。第１電子供給層１９２の組成比及び膜厚等の条件が想定しうる態様の窒化物半導体積層構造体９００の第１電子供給層９０２と同じであるため、第１電子供給層１９２の表面の負の分極電荷量は第１電子供給層９０２の負の分極電荷量と同じである。窒化物半導体積層構造体１９０のバンド変調層１９３の第１電子供給層１９２側である裏面には正の分極電荷が現れている。窒化物半導体積層構造体９００では第１電子供給層９０２上の材料はＧａＮであったのに対して、窒化物半導体積層構造体１９０では第１電子供給層１９２上の材料はＡｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎである。ＧａＮに対してＡｌＧａＮの組成の方が裏面側における正の分極電荷量が多い。したがって、第１電子供給層１９２の表面の負の分極電荷は、第１電子供給層１９２の表面の負の分極電荷よりも多く、正の分極電荷により打ち消される。その結果、窒化物半導体積層構造体１９０の第１電子供給層１９２とバンド変調層１９３との界面に残った負の分極電荷量の方が窒化物半導体積層構造体９００の第１電子供給層９０２と第２電子走行層９０３との界面に残った負の分極電荷量よりも少ない。これにより、バンド変調層１９３と第１電子供給層１９２との界面の位置におけるポテンシャルは第１電子供給層９０２と第２電子走行層９０３との界面のポテンシャルよりも低下する。このため、第１電子走行層１９１の第１電子供給層１９２側からのポテンシャルが引き下げられて第１の２ＤＥＧ１９６の電子密度が増加し、第２電子走行層１９４のバンド変調層１９３側からのポテンシャルが引き下げられて第２の２ＤＥＧ１９７の電子密度が増加する。バンド変調層１９３を有する窒化物半導体積層構造体１９０にソース電極１１３、ドレイン電極１１５等を形成させた場合、ソース電極１１３、ドレイン電極１１５のコンタクト抵抗が小さいＨＥＭＴを得ることができる。
【００３６】
バンド変調層１９３が第２電子走行層１９４よりも電子親和力が小さく、且つ、第１電子供給層１９２よりも電子親和力が大きい材料により形成されると、第１電子供給層１９２の上に直接、第２電子走行層１９４を形成する場合よりも第１電子供給層１９２と第２電子走行層１９４との界面のポテンシャルを引き下げることができる。その結果、得られる窒化物半導体装置の２ＤＥＧの電子密度が増加する。
【００３７】
尚、図４における窒化物半導体積層構造体１９０には第１電子走行層１９１と第１電子供給層１９２との間及び第２電子走行層１９４と第２電子供給層１９５との間に夫々スペーサ層が形成されてないが、スペーサ層が形成されている場合においても第２の２ＤＥＧ１９７の電荷密度は増加する。
【００３８】
（第１の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造方法）
次に、第１の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造方法について図６〜図１４を用いて説明する。図６〜図１４は、第１の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造工程を例示する図である。
【００３９】
図６に示されるように、Ｓｉ基板１０１の上方にＡｌＮの初期層１０２、ＡｌＧａＮのバッファ層１０３を順に形成する。
【００４０】
成長用基板１０１として、例えばＳｉ基板１０１を用いる。基板１０１の導電性は、半絶縁性、導電性のどちらでも良い。
【００４１】
Ｓｉ基板１０１の上方に、例えば有機金属気相成長（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＯＶＰＥ）法により、ＡｌＮの初期層１０２を形成する。ＭＯＶＰＥ装置のチャンバー内には、原料ガスとしてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＮＨ３（アンモニア）が供給される。
【００４２】
初期層１０２の上方に、例えばＭＯＶＰＥ法により、ＡｌＧａＮのバッファ層１０３を形成する。原料ガスとして、ＴＭＡ、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３を用いる。ＴＭＡとＴＭＧの供給量を調整することによりバッファ層１０３のＡｌＧａＮにおけるＡｌとＧａとの組成比を調整する。バッファ層１０３に不純物元素としてＦｅをドープする場合には、Ｆｅの原料ガスとして例えばＣｐ２Ｆｅ（シクロペンタジエニル鉄、通称、フェロセン）が用いられる。Ｆｅをドープする場合においては、キャリアガスとしてＭＯＶＰＥ装置のチャンバーに水素（Ｈ２）が用いられる。不純物元素としてＣをドープする場合には、ＴＭＧやＴＭＡのＩＩＩ族の原料ガスの供給量に対するＮＨ３のＶ族の原料ガスの供給量の比（Ｖ／ＩＩＩ比）を調整することにより、バッファ層１０３にドープされるＣ濃度を調整することができる。具体的には、Ｖ／ＩＩＩ比を小さく設定することで、バッファ層１０３におけるＣ濃度を大きくすることができる。
【００４３】
図７に示されるように、バッファ層１０３の上方にＧａＮの第１電子走行層１０４、ＡｌＮの第１スペーサ層１０６、ＡｌＧａＮの第１電子供給層１０７を形成する。
【００４４】
ＭＯＶＰＥ法により、第１電子走行層１０４は、バッファ層１０３の上方にＧａＮにより形成する。ＧａＮの成長条件としては原料ガスとしてＴＭＧガス及びＮＨ３ガスの混合ガスを用いる。第１電子走行層１０４は１００ｎｍ〜１０００ｎｍの厚みに形成する。本実施形態の第１電子走行層１０４の厚みは、例えば６００ｎｍ以上で形成する。
【００４５】
ＭＯＶＰＥ法により、第１スペーサ層１０６は、第１電子走行層１０４の上方に例えばＡｌＮにより形成する。ＡｌＮの成長条件としては原料ガスとしてＴＭＡガス及びＮＨ３ガスの混合ガスを用いて、例えば１ｎｍ程度で形成する。
【００４６】
ＭＯＶＰＥ法により、第１電子供給層１０７は、第１スペーサ層１０６の上方に例えばＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ（０＜ｘ≦１）の組成比で表される材料により形成される。本実施形態では、バッファ層１０３は例えばＡｌ０．２Ｇａ０．８ＮとＡｌ組成比が２０％となるようにバッファ層１０３を形成する。原料ガスとして、ＴＭＡ、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３を用いる。ＴＭＡとＴＭＧの供給量を調整することにより第１電子供給層１０７のＡｌＧａＮにおけるＡｌとＧａとの組成比を調整する。第１電子供給層１０７の成長中に、例えばＳｉ、Ｇｅ等のドナー不純物をドープすることにより導電型をｎ型としてもよい。
【００４７】
次に図８に示されるように、第１電子供給層１０７の上方にＡｌＧａＮのバンド変調層１０８を形成する。ＭＯＶＰＥ法により、バンド変調層１０８は後の工程で形成される第２電子走行層１０９よりも電子親和力が小さい材料により形成される。第１電子供給層１０７のＡｌ組成比よりもバンド変調層１０８のＡｌ組成比を小さくすることにより、第１電子供給層１０７の電子親和力よりもバンド変調層１０８の電子親和力を小さくすることができる。本実施形態のバンド変調層１０８の材料はＡｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎにより形成される。原料ガスとして、ＴＭＡ、ＴＭＧ、ＮＨ３を用いる。ＴＭＡとＴＭＧの供給量を調整することによりバンド変調層１０８のＡｌＧａＮにおけるＡｌとＧａとの組成比を調整する。
【００４８】
次に図９に示されるように、バンド変調層１０８の上方にＧａＮの第２電子走行層１０９、ＡｌＮの第２スペーサ層１１１、ＡｌＧａＮの第２電子供給層１１２を形成する。
【００４９】
ＭＯＶＰＥ法により、第２電子走行層１０９は、バンド変調層１０８の上方にＧａＮにより形成する。ＧａＮの成長条件としては原料ガスとしてＴＭＧガス及びＮＨ３ガスの混合ガスを用いる。第２電子走行層１０９は５ｎｍ〜２０ｎｍの厚みに形成する。本実施形態の第２電子走行層１０９の厚みは、例えば１０ｎｍ以上で形成する。
【００５０】
ＭＯＶＰＥ法により、第２スペーサ層１１１は、第２電子走行層１０９の上方に例えばＡｌＮにより形成する。ＡｌＮの成長条件としては原料ガスとしてＴＭＡガス及びＮＨ３ガスの混合ガスを用いて、例えば１ｎｍ程度で形成する。
【００５１】
ＭＯＶＰＥ法により、第１電子供給層１０７は、第２スペーサ層１１１の上方に例えばＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ（０＜ｘ≦１）の組成比で表される材料により形成される。本実施形態では、バッファ層１０３は例えばＡｌ０．２Ｇａ０．８ＮとＡｌ組成比が２０％となるようにバッファ層１０３を形成する。原料ガスとして、ＴＭＡ、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３を用いる。ＴＭＡとＴＭＧの供給量を調整することにより第２電子供給層１１２のＡｌＧａＮにおけるＡｌとＧａとの組成比を調整する。第１電子供給層１０７の成長中に、例えばＳｉ、Ｇｅ等のドナー不純物をドープすることにより導電型をｎ型としてもよい。
【００５２】
次に図１０に示されるように、第２電子供給層１１２まで形成された窒化物半導体積層構造体に、例えばアルゴン（Ａｒ）を注入することにより素子分離領域１１６を形成する。窒化物半導体積層構造体へのアルゴンの注入は、少なくとも第１電子供給層１０７と第１スペーサ層１０６とが接する部分よりも深い部分まで行う。第１電子供給層１０７と第１スペーサ層１０６とが接する部分よりも深い部分までアルゴンを注入することで２次元電子ガスが発生しない素子分離領域１１６が確定される。第１スペーサ層１０６を形成しない場合は第１電子供給層１０７と第１電子走行層１０４とが接する部分よりも深い部分までアルゴンを注入することで素子分離を行う。素子分離は、２次元電子ガスが発生しない領域を形成できればよく、上記の注入法の代わりに、例えばＳＴＩ法（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）法を用いて行ってもよい。ＳＴＩ法を用いる場合においても、第１電子供給層１０７と第１スペーサ層１０６とが接する部分までエッチングして溝を形成することにより素子分離を行う。第１スペーサ層１０６を形成しない場合は第１電子供給層１０７と第１電子走行層１０４とが接する部分までエッチングして溝を形成することにより素子分離を行う。
【００５３】
図１１に示されるように、第２電子供給層１１２の上方にソース電極１１３及びドレイン電極１１５を形成する。ソース電極１１３及びドレイン電極１１５の具体的な形成方法は、先ず第２電子供給層１１２の全面にレジストをスピンコート法により塗布する。ソース電極１１３を形成する領域を開口する開口部と、ドレイン電極１１５を形成する領域を開口する開口部とをレジストに形成する。レジストパターンが形成されている面に、真空蒸着により、Ｔｉ膜を形成し、形成されたＴｉ膜の上にＡｌ膜を形成することにより金属の多層膜を形成する。その後、多層の金属膜を表面に有する窒化物半導体積層構造体を有機溶媒等に浸漬させることにより、レジストパターンの上に形成されている金属の多層膜をレジストパターンと共にリフトオフにより除去する。これにより、レジストパターンの開口部が形成されていた領域において残存している金属の多層膜によりソース電極１１３及びドレイン電極１１５が形成される。第２電子供給層１１２の上方にソース電極１１３及びドレイン電極１１５が形成された窒化物半導体積層構造体を、窒素雰囲気中にて熱処理を行い、ソース電極１１３及びドレイン電極１１５と第２電子供給層１１２との間におけるオーミックコンタクトを確立する。
【００５４】
図１２に示されるように、第２電子供給層１１２、ソース電極１１３及びドレイン電極１１５の上方に保護膜１１７が形成される。保護膜１１７の具体的な形成方法は、先ず第２電子供給層１１２、ソース電極１１３及びドレイン電極１１５の上方に、プラズマＣＶＤ法により、原料ガスとして、例えば、シラン、アンモニア等を用いて、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）が形成される。
【００５５】
図１３に示されるように、ゲート電極１１４の形成予定領域に開口を有する保護膜１１７を形成する。保護膜１１７の上方にレジストを塗布し、ゲート電極１１４を形成する予定の領域に対応するレジストの領域を露光、現像することにより、レジストに開口が形成される。以上により、開口を有するレジストパターンが窒化物半導体積層構造体の上方に形成される。レジストパターンが形成された保護膜１１７を、フッ素系或いは塩素系ガスを用いたドライエッチングすることにより保護膜１１７に開口を形成する。保護膜１１７の除去方法においてはドライエッチングではなく、例えばフッ酸やバッファードフッ酸等を用いたウェットエッチングにより除去してもよい。続いて、レジストを除去する。以上により、ゲート電極１１４の形成予定領域に開口を有する保護膜１１７が形成される。
【００５６】
図１４に示されるように、第２電子供給層１１２の上方にゲート電極１１４を形成する。ゲート電極１１４の具体的な形成方法は、先ず保護膜１１７及び第２電子供給層１１２の全面にスピンコート法によりレジストを塗布する。保護膜１１７の開口に対応するレジストの領域を露光、現像することによりレジストに開口が形成される。開口を有するレジストパターンが形成されている面に、真空蒸着によりＮｉ膜を形成し、形成されたＮｉ膜の上方にＡｕ膜を形成することにより金属の多層膜を形成する。その後、Ｎｉ及びＡｕを表面に有する窒化物半導体積層構造体を有機溶媒等に浸漬することにより、レジストパターンの上方に形成されている金属の多層膜をレジストパターンと共に、リフトオフにより除去する。これにより、保護膜１１７の上方のレジストパターンの開口部が形成されていた領域において、残存している金属の多層膜により、ゲート電極１１４が形成される。
【００５７】
以上の工程により、本実施形態における窒化物半導体装置１００が完成する。
【００５８】
以上、説明したように、第１の実施形態によれば、第１電子供給層１０７と第２電子走行層１０９との間にバンド変調層１０８を用いる。バンド変調層１０８に用いられる材料の電子親和力は、第２電子走行層１０９に用いられる材料の電子親和力よりも小さく、第１電子供給層１０７に用いられる材料の電子親和力よりも大きい。このような性質の材料により形成されたバンド変調層１０８を設けることで、第１の２ＤＥＧ１０５と第２の２ＤＥＧ１１０を足し合わせた電荷密度の総量を増加させて、ソース電極１１３或いはドレイン電極１１５のコンタクト抵抗を下げることができるため高効率な窒化物半導体装置を得ることができる。
【００５９】
（第２の実施形態）  
第２の実施形態に係る窒化物半導体装置の構造について図１５を用いて説明する。図１５は、第２の実施形態に係る窒化物半導体装置２００を例示する断面図である。第１の実施形態と同様の構成については第１の実施形態と同じ番号を付し、説明を省略する。
【００６０】
図１５に示されるように、第２の実施形態に係る窒化物半導体装置２００は、基板１０１と、初期層１０２と、バッファ層１０３と、第１電子走行層１０４と、第１スペーサ層１０６と、第１電子供給層１０７と、バンド変調層１０８と、第２電子走行層１０９と、第２スペーサ層１１１と、第２電子供給層１１２と、保護膜１１７と、ソース電極２１３と、ドレイン電極２１５及びゲート電極１１４とを有する。初期層１０２は基板１０１の上方に形成され、バッファ層１０３は初期層１０２の上方に形成される。第１電子走行層１０４はバッファ層１０３の上方に形成され、第１電子供給層１０７は第１電子走行層１０４の上方に形成される。第１スペーサ層１０６は第１電子走行層１０４と第１電子供給層１０７との間に形成される。第１電子走行層１０４の第１電子走行層１０４と第１スペーサ層１０６との界面近傍には第１の２ＤＥＧ１０５が発生している。バンド変調層１０８は第１電子供給層１０７の上方に形成される。バンド変調層１０８の電子親和力は第１電子供給層１０７の電子親和力よりも大きく、且つ、第２電子走行層１０９の電子親和力よりも小さい。第２電子走行層１０９はバンド変調層１０８の上方に形成され、第２電子供給層１１２は第２電子走行層１０９の上方に形成される。第２スペーサ層１１１は第２電子走行層１０９と第２電子供給層１１２との間に形成される。第２電子走行層１０９の第２電子走行層１０９と第２スペーサ層１１１との界面近傍には第２の２ＤＥＧ１１０が発生している。ソース電極２１３及びドレイン電極２１５は第１電子供給層１０７に接して形成される。ゲート電極１１４は第２電子供給層１１２の上方に形成される。保護膜１１７は第２電子供給層１１２を覆い、ソース電極２１３及びゲート電極１１４の間とゲート電極１１４及びドレイン電極２１５との間に形成される。素子分離領域１１６は第２電子供給層１１２の表面から第１の２ＤＥＧ１０５まで到達する深さまで形成されている。尚、第１スペーサ層１０６或いは第２スペーサ層１１１は必ずしも形成される必要はなく、どちらか一方のみ形成されてもよいし、両方形成されなくてもよい。第１スペーサ層１０６或いは第２スペーサ層１１１の少なくともどちらかが形成されることで第１の２ＤＥＧ１０５或いは第２の２ＤＥＧ１１０の電子移動度が高くなり、得られる窒化物半導体装置の効率が高い。
【００６１】
本実施形態では第２電子供給層１１２の表面よりも基板１０１側へ深い位置にソース電極２１３及びドレイン電極２１５の底面が位置する。このような構成を採ることにより、窒化物半導体装置における良好なオーミック特性を得ることができる。特に第１の２ＤＥＧ１０５の電子密度の方が第２の２ＤＥＧ１１０の電子密度よりも大きいので、ソース電極２１３及びドレイン電極２１５の底面が第１電子供給層１０７に接していることが、窒化物半導体装置における良好なオーミック特性を得ることができる点で好ましい。また、第１電子供給層１０７で膜厚が小さい領域を形成し、膜厚が小さい領域上で膜厚が小さい領域に接してソース電極２１３及びドレイン電極２１５を形成することが、窒化物半導体装置における良好なオーミック特性を得ることができる点で好ましい。これは第１電子供給層１０７の膜厚が小さい領域によりソース電極２１３及びドレイン電極２１５と第１の２ＤＥＧ１０５との距離が近くなり、且つ、膜厚の小さい領域と第１スペーサ層１０６或いは第１電子走行層１０４との界面近傍において第１の２ＤＥＧ１０５が発生するためである。第１電子供給層１０７の膜厚が小さい領域と膜厚が大きい領域との差は例えば５０ｎｍである。
【００６２】
ソース電極２１３及びドレイン電極２１５は、例えばＴｉ／Ａｌにより形成される。Ｔｉ／Ａｌと表記した場合、Ｔｉの方がＡｌよりも基板１０１側に形成されることを表す。電極材料としてはＴｉ／Ａｌに限らず、第１電子走行層１０４、第１スペーサ層１０６、第１電子供給層１０７、バンド変調層１０８、第２電子走行層１０９、第２スペーサ層１１１、第２電子供給層１１２の何れかとオーミック接触がとれる材料であれば、どのような材料であっても良い。本実施形態では第１電子供給層１０７にソース電極２１３及びドレイン電極２１５上であってソース電極２１３及びドレイン電極２１５の底面と第１電子供給層１０７が接するようにソース電極２１３及びドレイン電極２１５が形成されるが、オーミック接触がとれるのであれば本実施形態の構造に限らない。例えば、第１電子走行層１０４、第１スペーサ層１０６、第１電子供給層１０７、バンド変調層１０８、第２電子走行層１０９、第２スペーサ層１１１の何れかの窒化物半導体層に達する溝が形成され、当該溝に電極材料を埋め込んでソース電極２１３或いはドレイン電極２１５が形成されてもよい。
【００６３】
ソース電極２１３及びドレイン電極２１５の底面が第１スペーサ層１０６或いは第１電子走行層１０４と接するようにソース電極２１３及びドレイン電極２１５を形成した場合、ソース電極２１３及びドレイン電極２１５の側面と第１の２ＤＥＧ１０５及び第２の２ＤＥＧ１１０とが直接接する形となるため、窒化物半導体装置における良好なオーミック特性を得ることができる。
【００６４】
（第２の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造方法）
第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、先ず図６〜図１０の諸工程が行われる。続いて、図１６に示されるように第２電子供給層１１２の全面にレジストを塗布し、ソース電極２１３及びドレイン電極２１５を形成する予定の領域に対応するレジストの領域を露光、現像することにより、レジストに開口が形成される。以上により、開口を有するレジストパターン２３０が第２電子供給層１１２の上方に形成される。
【００６５】
続いて、図１７に示されるようにソース電極２１３及びドレイン電極２１５の形成予定領域に対応したリセス部２２０を形成する。リセス部２２０は窒化物半導体積層構造体の基板と反対側の表面から削られた部分を指す。レジストパターン２３０をマスクとして、フッ素系或いは塩素系ガスを用いて第１電子供給層１０７の中ほどまでドライエッチングを行う。このドライエッチングにより第１電子供給層１０７に膜厚が薄い領域と膜厚が厚い領域とが形成される。その後、レジストを除去する。以上により、ソース電極２１３及びドレイン電極２１５の形成予定領域に対応したリセス部２２０が形成される。
【００６６】
図１８に示されるように、リセス部２２０を埋め込んでソース電極２１３及びドレイン電極２１５を形成する。ソース電極２１３及びドレイン電極２１５の具体的な形成方法は、先ずリセス部２２０、第２電子供給層１１２の全面にレジストをスピンコート法により塗布する。ソース電極２１３を形成する領域を開口する開口部と、ドレイン電極２１５を形成する領域を開口する開口部とをレジストに形成する。レジストパターンが形成されている面に、真空蒸着により、Ｔｉ膜を形成し、形成されたＴｉ膜の上にＡｌ膜を形成することにより金属の多層膜を形成する。その後、多層の金属膜を表面に有する窒化物半導体積層構造体を有機溶媒等に浸漬させることにより、レジストパターンの上に形成されている金属の多層膜をレジストパターンと共にリフトオフにより除去する。これにより、レジストパターンの開口部が形成されていた領域において残存している金属の多層膜によりリセス部２２０を埋め込んで、ソース電極２１３及びドレイン電極２１５が形成される。ソース電極２１３及びドレイン電極２１５が形成された窒化物半導体積層構造体を、窒素雰囲気中にて熱処理を行い、ソース電極２１３及びドレイン電極２１５と第１電子供給層１０７との間におけるオーミックコンタクトを確立する。
【００６７】
その後、第１の実施形態と同様の手法を用いてゲート電極１１４及び保護膜１１７を形成し、図１９に示されるように第２の実施形態に係る窒化物半導体装置２００が完成する。
【００６８】
以上、説明したように、第２の実施形態によれば、第２電子供給層１１２の表面よりも基板１０１側へ深い位置にソース電極２１３及びドレイン電極２１５の底面を位置させることにより、良好なオーミック特性を有する窒化物半導体装置を得ることができる。
【００６９】
（第３の実施形態）  
第３の実施形態に係る窒化物半導体装置の構造について図２０を用いて説明する。図２０は、第３の実施形態に係る窒化物半導体装置３００を例示する断面図である。第１の実施形態と同様の構成については第１の実施形態と同じ番号を付し、説明を省略する。
【００７０】
図２０に示されるように、第３の実施形態に係る窒化物半導体装置３００は、基板１０１と、初期層１０２と、バッファ層１０３と、第１電子走行層１０４と、第１スペーサ層１０６と、第１電子供給層１０７と、半導体に電子を与えるドナー型不純物を含有したバンド変調層３０８と、第２電子走行層１０９と、第２スペーサ層１１１と、第２電子供給層１１２と、保護膜１１７と、ソース電極１１３と、ドレイン電極１１５及びゲート電極１１４とを有する。初期層１０２は基板１０１の上方に形成され、バッファ層１０３は初期層１０２の上方に形成される。第１電子走行層１０４はバッファ層１０３の上方に形成され、第１電子供給層１０７は第１電子走行層１０４の上方に形成される。第１スペーサ層１０６は第１電子走行層１０４と第１電子供給層１０７との間に形成される。第１電子走行層１０４の第１電子走行層１０４と第１スペーサ層１０６との界面近傍には第１の２ＤＥＧ１０５が発生している。バンド変調層３０８は第１電子供給層１０７の上方に形成される。バンド変調層３０８の電子親和力は第１電子供給層１０７の電子親和力よりも大きく、且つ、第２電子走行層１０９の電子親和力よりも小さい。第２電子走行層１０９はバンド変調層３０８の上方に形成され、第２電子供給層１１２は第２電子走行層１０９の上方に形成される。第２スペーサ層１１１は第２電子走行層１０９と第２電子供給層１１２との間に形成される。第２電子走行層１０９の第２電子走行層１０９と第２スペーサ層１１１との界面近傍には第２の２ＤＥＧ１１０が発生している。ソース電極１１３、ゲート電極１１４、ドレイン電極１１５は第２電子供給層１１２上に形成され、ゲート電極１１４を挟む位置にソース電極１１３及びドレイン電極１１５が形成される。保護膜１１７は第２電子供給層１１２を覆い、ソース電極１１３及びゲート電極１１４の間とゲート電極１１４及びドレイン電極１１５との間に形成される。素子分離領域１１６は第２電子供給層１１２の表面から第１の２ＤＥＧ１０５まで到達する深さまで形成されている。
【００７１】
本実施形態ではバンド変調層３０８がドナー型不純物を含有する。バンド変調層３０８がドナー型不純物を含有することにより、第２の２ＤＥＧ１１０量が大きくなる。ドナー型不純物は、例えばＳｉ、Ｏ、Ｇｅ等が挙げられる。本実施形態では、バンド変調層３０８にＳｉが含まれる。バンド変調層３０８に含まれるドナー型不純物の不純物濃度は１×１０１８／ｃｍ３〜１×１０２０／ｃｍ３の濃度で含まれる。不純物濃度が１×１０１８／ｃｍ３未満の場合は、バンド位置を十分に低下させることができず、第２電子走行層１０９中の電子密度が低下する。不純物濃度が１×１０２０／ｃｍ３を超えると、表面平坦性が悪化する。
【００７２】
バンド変調層３０８にドナー型不純物を含ませることによる効果について説明する。図２１はドナー型不純物を含有するバンド変調層３９３を有する窒化物半導体積層構造体３９０を表す。窒化物半導体積層構造体３９０は第１電子走行層３９１、第１電子供給層３９２、バンド変調層３９３、第２電子走行層３９４、第２電子供給層３９５を有する。第１電子走行層３９１の第１電子走行層３９１と第１電子供給層３９２との界面近傍には第１の２ＤＥＧ３９６が存在する。第２電子走行層３９４の第２電子走行層３９４と第２電子供給層３９５との界面近傍には第２の２ＤＥＧ３９７が存在する。バンド変調層３９３に含有されるドナー型不純物の有無以外の各窒化物半導体層の材料や厚みの条件はドナー型不純物を有さないバンド変調層１９３を有する窒化物半導体積層構造体１９０と同じである。
【００７３】
図２２はドナー型不純物を含有するバンド変調層３９３が形成された窒化物半導体積層構造体３９０のバンドプロファイルである。横軸は第２電子供給層３９５の表面からの深さを表し、縦軸は伝導帯底のポテンシャル（ｅＶ）を表す。図２２に示されるように、第１の２ＤＥＧ３９６の電子密度は７．４×１０１２／ｃｍ３であり、第２の２ＤＥＧ３９７の電子密度は４．０×１０１２／ｃｍ３である。ドナー型不純物を含有するバンド変調層３９３を有する窒化物半導体積層構造体３９０は、ドナー型不純物を含有しないバンド変調層１９３を有する窒化物半導体積層構造体１９０と比較して第１の２ＤＥＧ量と第２の２ＤＥＧ量とを足し合わせた２ＤＥＧの総量が２．１×１０１２／ｃｍ３多い。このように、バンド変調層３９３にＳｉのようなドナー型不純物を含有させることでバンド変調層３９３に正の固定電荷が発生する。正の固定電荷によりドナー型不純物を含まない場合に比べてバンド変調層３９３のポテンシャルが下がる。バンド変調層３９３のポテンシャルの引き下げに伴い第２電子走行層３９４のポテンシャルも引き下がり、第２の２ＤＥＧ３９７の電子密度が増加する。また、バンド変調層３９３のポテンシャルの引き下げに伴い第１電子供給層３９２及び第１電子走行層３９１のポテンシャルも引き下がり、第１の２ＤＥＧ３９６の電子密度も増加する。更にドナー型不純物が電子を放出するため、その電子が２ＤＥＧの電子密度を増加させる一因として寄与する。
【００７４】
次にドナー型不純物をバンド変調層３９３に含有する窒化物半導体積層構造体３９０と、バンド変調層を有さずドナー型不純物を第２電子走行層に含有する窒化物半導体積層構造体とを比較する。図２３はバンド変調層を有さずドナー型不純物を第２電子走行層１００３に含有する窒化物半導体積層構造体１０００を表す。窒化物半導体積層構造体１０００は第１電子走行層１００１、第１電子供給層１００２、第２電子走行層１００３、第２電子供給層１００４を有する。第１電子走行層１００１の第１電子走行層１００１と第１電子供給層１００２との界面近傍には第１の２ＤＥＧ１００５が存在する。第２電子走行層１００３の第２電子走行層１００３と第２電子供給層１００４との界面近傍には第２の２ＤＥＧ１００６が存在する。バンド変調層の有無及びドナー型不純物を含有している窒化物半導体層の違い以外の各窒化物半導体層の材料や厚みの条件はドナー型不純物をバンド変調層３９３に含有する窒化物半導体積層構造体３９０と同じである。
【００７５】
図２４はバンド変調層を有さずドナー型不純物を第２電子走行層１００３に含有する窒化物半導体積層構造体１０００のバンドプロファイルである。横軸は第２電子供給層１００４の表面からの深さを表し、縦軸は伝導帯底のポテンシャル（ｅＶ）を表す。図２４に示されるように第１の２ＤＥＧ１００５の電子密度は７．４×１０１２／ｃｍ３であり、第２の２ＤＥＧ１００６の電子密度は２．４×１０１２／ｃｍ３である。ドナー型不純物をバンド変調層３９３に含有する窒化物半導体積層構造体３９０の方が、窒化物半導体積層構造体１０００よりも第１の２ＤＥＧ量と第２の２ＤＥＧ量とを足し合わせた２ＤＥＧの総量が１．６×１０１２／ｃｍ３多い。バンド変調層３９３を形成することにより、バンド変調層を形成していない窒化物半導体積層構造体１０００と比較して、第２の２ＤＥＧ量が増加する。これは、バンド変調層を形成していない場合と比較してバンド変調層３９３に残る負の分極電荷が少ないためバンド変調層３９３のポテンシャルが引き下がることに起因する。バンド変調層３９３のポテンシャルの引き下げに伴い第２電子走行層３９４のポテンシャルも引き下がる。その結果、第２の２ＤＥＧ３９７の電子密度が増大する。ところで、Ｓｉ等のドナー型不純物を第２電子走行層１００３の第２電子走行層１００３と第２電子供給層１００４との界面近傍に含有させている場合、第２電子走行層１００３の第２の２ＤＥＧ１００６の電子の波動関数（存在確率）はドナー型不純物が存在する領域に跨る形で存在するため、イオン化不純物散乱により第２の２ＤＥＧ１００６の電子移動度が低下する。一方で、ドナー型不純物をバンド変調層３９３に含有する窒化物半導体積層構造体３９０では、第２電子供給層３９５とバンド変調層３９３との界面にバンドオフセットが生じる。そのため、電子の波動関数は第２電子走行層３９４に閉じ込められるため、バンド変調層３９３が含有するドナー型不純物によるイオン化不純物散乱の影響を受けない。したがって、第２電子走行層３９４の第２の２ＤＥＧ３９７の電子移動度が高く、得られる窒化物半導体装置の効率が高い。
【００７６】
バンド変調層がドナー型不純物を含有するか否かによる比較と、ドナー型不純物をバンド変調層か第２電子走行層かが有するか否かによる比較とによりバンド変調層がドナー型不純物を含有することで２ＤＥＧの総量が増加しつつも電子移動度が高く、効率の高い窒化物半導体装置が得られることが分かった。
【００７７】
（第３の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造方法）
第３の実施形態では、第１の実施形態と同様に、先ず図６〜図７の諸工程が行われる。続いて、図２５に示されるように第１電子供給層１０７の上方にＡｌＧａＮのバンド変調層３０８を形成する。ＭＯＶＰＥ法により、バンド変調層３０８は後の工程で形成される第２電子走行層１０９よりも電子親和力が小さい材料により形成される。第１電子供給層１０７のＡｌ組成比よりもバンド変調層３０８のＡｌ組成比を小さくすることにより、第１電子供給層１０７の電子親和力よりもバンド変調層３０８の電子親和力を小さくすることができる。本実施形態のバンド変調層３０８の材料はＡｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎにより形成される。原料ガスとして、ＴＭＡ、ＴＭＧ、ＮＨ３を用いる。ＴＭＡとＴＭＧの供給量を調整することによりバンド変調層３０８のＡｌＧａＮにおけるＡｌとＧａとの組成比を調整する。ｎ型不純物としてＳｉをドーピングする場合、Ｓｉを含む例えばＳｉＨ４ガスを所定の流量で原料ガスに添加し、Ａｌ０．０４Ｇａ０．９６ＮにＳｉをドーピングする。Ｓｉのドーピング濃度は、１×１０１８／ｃｍ３程度〜１×１０２０／ｃｍ３程度でドーピングを行う。本実施形態では４×１０１９／ｃｍ３程度のＳｉをバンド変調層３０８にドーピングする。
【００７８】
その後、第１の実施形態と同様に、図９〜図１４と同様の工程を経て、第３の実施形態に係る窒化物半導体装置３００が完成する。
【００７９】
以上、説明したように、第３の実施形態によれば、バンド変調層３０８にドナー型不純物を含有させることにより、高効率な窒化物半導体装置を得ることができる。
【００８０】
（第４の実施形態）  
第４の実施形態に係る窒化物半導体装置の構造について図２６を用いて説明する。図２６は、第４の実施形態に係る窒化物半導体装置４００を例示する断面図である。第１の実施形態と同様の構成については第１の実施形態と同じ番号を付し、説明を省略する。
【００８１】
図２６に示されるように、第４の実施形態に係る窒化物半導体装置４００は、基板１０１と、初期層１０２と、バッファ層１０３と、第１電子走行層１０４と、第１スペーサ層１０６と、第１電子供給層１０７と、バンド変調層１０８と、ＩｎＧａＮにより形成された第２電子走行層４０９と、第２スペーサ層１１１と、第２電子供給層１１２と、保護膜１１７と、ソース電極１１３と、ドレイン電極１１５及びゲート電極１１４とを有する。初期層１０２は基板１０１の上方に形成され、バッファ層１０３は初期層１０２の上方に形成される。第１電子走行層１０４はバッファ層１０３の上方に形成され、第１電子供給層１０７は第１電子走行層１０４の上方に形成される。第１スペーサ層１０６は第１電子走行層１０４と第１電子供給層１０７との間に形成される。第１電子走行層１０４の第１電子走行層１０４と第１スペーサ層１０６との界面近傍には第１の２ＤＥＧ１０５が発生している。バンド変調層１０８は第１電子供給層１０７の上方に形成される。バンド変調層１０８の電子親和力は第１電子供給層１０７の電子親和力よりも大きく、且つ、第２電子走行層４０９の電子親和力よりも小さい。第２電子走行層４０９はバンド変調層１０８の上方に形成され、第２電子供給層１１２は第２電子走行層４０９の上方に形成される。第２スペーサ層１１１は第２電子走行層４０９と第２電子供給層１１２との間に形成される。第２電子走行層４０９の第２電子走行層４０９と第２スペーサ層１１１との界面近傍には第２の２ＤＥＧ１１０が発生している。ソース電極１１３、ゲート電極１１４、ドレイン電極１１５は第２電子供給層１１２上に形成され、ゲート電極１１４を挟む位置にソース電極１１３及びドレイン電極１１５が形成される。保護膜１１７は第２電子供給層１１２を覆い、ソース電極１１３及びゲート電極１１４の間とゲート電極１１４及びドレイン電極１１５との間に形成される。素子分離領域１１６は第２電子供給層１１２の表面から第１の２ＤＥＧ１０５まで到達する深さまで形成されている。
【００８２】
本実施形態では第２電子走行層４０９がＩｎＧａＮにより形成されている。ＩｎＧａＮはＧａＮよりも電子親和力が大きい。そのため、第２電子走行層４０９がＧａＮにより形成されている場合に比べて、ＩｎＧａＮにより形成された第２電子走行層４０９と第２電子供給層１１２との間でのバンドオフセットが大きくなり、ＩｎＧａＮにより形成された第２電子走行層４０９とバンド変調層１０８との間でのバンドオフセットが大きくなる。第２電子走行層４０９と第２電子供給層１１２及びバンド変調層１０８とのバンドオフセットが大きくなった結果、第２電子走行層４０９のポテンシャルが引き下げられて第２電子走行層４０９における伝導帯のポテンシャルがフェルミレベルよりも低くなる領域が多くなる。したがって、第２の２ＤＥＧ１１０の電荷密度が大きくなり、ソース電極１１３またはドレイン電極１１５のコンタクト抵抗が低く高効率な窒化物半導体装置を得ることができる。
【００８３】
また、第２電子走行層４０９の上方に形成された第２電子供給層１１２の材料にＩｎを含んだ材料を用いてもよい。Ｉｎを含んだ材料としては、例えばＩｎＡｌＮやＩｎＡｌＧａＮが挙げられる。Ｉｎ系供給層を形成する際の成長温度はＡｌＧａＮを材料に用いた供給層を形成する際の成長温度よりも低い。そのため、Ｉｎ系供給層形成後にＡｌＧａＮを成長する際にＩｎの離脱が生じやすい。Ｉｎを含んだ材料で第２電子供給層１１２を形成することにより、第２電子走行層４０９のＩｎの離脱を抑制することができ、第２電子走行層４０９の結晶性が良くなり第２の２ＤＥＧ１１０の電子移動度が高い。
【００８４】
本実施形態では、第２電子走行層４０９の材料をＩｎＧａＮにより形成されている場合において説明したが、第１電子走行層１０４の材料がＩｎＧａＮにより形成されていてもよい。第１電子走行層１０４及び第２電子走行層４０９の材料がＩｎＧａＮにより形成されてもよい。第１電子走行層１０４がＩｎＧａＮにより形成されている場合は、第１電子供給層１０７が例えばＩｎＡｌＮやＩｎＡｌＧａＮのようなＩｎを含んだ材料で形成されていてもよい。Ｉｎを含んだ材料で第１電子供給層１０７を形成することにより、第１電子走行層１０４のＩｎの離脱を抑制することができ、第１電子走行層１０４の結晶性が良くなり第１の２ＤＥＧ１０５の電子移動度が高い。
【００８５】
（第４の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造方法）
第４の実施形態では、第１の実施形態の窒化物半導体装置の製造方法において第２電子走行層４０９を形成する際に、原料ガスとして、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＮＨ３を用いる。成長圧力は５０（Ｔｏｒｒ）〜２００（Ｔｏｒｒ）程度で成長温度は８００℃〜９５０℃程度とする。ＴＭＧとＴＭＩの供給量を調整することにより第２電子走行層４０９のＩｎＧａＮにおけるＩｎとＧａとの組成比を調整する。本実施形態では、第２電子走行層４０９はＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎにより形成される。Ｉｎの組成比は２％〜１０％の範囲が好ましい。Ｉｎの組成比が２％よりも小さいとバンド変調層とのバンドオフセットが大きく取れず、移動度の改善効果が得られにくい。Ｉｎの組成比が１０％よりも大きいと、チャネル中の合金散乱が増加し、移動度の低下を招く。第１電子走行層１０４にＩｎＧａＮを形成する際も第２電子走行層４０９と同様の条件で形成する。
【００８６】
また、Ｉｎを含んだ材料で第１電子供給層１０７或いは第２電子供給層１１２を形成する場合において、例えばＩｎＡｌＮを形成する場合は、原料ガスとしてＴＭＩ、ＴＭＡ、ＮＨ３を用いる。成長圧力は５０（Ｔｏｒｒ）〜２００（Ｔｏｒｒ）程度で成長温度は６５０℃〜８００℃程度とする。ＴＭＩとＴＭＡの供給量を調整することによりＩｎＡｌＮのＩｎとＡｌとの組成比を調整する。ＩｎＡｌＧａＮを形成する場合は、ＩｎＡｌＮを形成する際の原料ガスにＴＭＧを導入すればよい。
【００８７】
以上、説明したように、第４の実施形態によれば、第１電子走行層１０４或いは第２電子走行層４０９をＩｎＧａＮにより形成することで２ＤＥＧの電荷密度が大きい高効率な窒化物半導体装置を得ることができる。
【００８８】
（第５の実施形態）  
第５の実施形態に係る窒化物半導体装置の構造について図２７を用いて説明する。図２７は、第５の実施形態に係る窒化物半導体装置５００を例示する断面図である。第１の実施形態と同様の構成については第１の実施形態と同じ番号を付し、説明を省略する。
【００８９】
図２７に示されるように、第５の実施形態に係る窒化物半導体装置５００は、基板１０１と、初期層１０２と、バッファ層１０３と、第１電子走行層１０４と、第１スペーサ層１０６と、第１電子供給層１０７と、バンド変調層１０８と、第２電子走行層１０９と、第２スペーサ層１１１と、Ｉｎを含んだ材料により形成された第２電子供給層５１２と、保護膜１１７と、ソース電極１１３と、ドレイン電極１１５及びゲート電極１１４とを有する。初期層１０２は基板１０１の上方に形成され、バッファ層１０３は初期層１０２の上方に形成される。第１電子走行層１０４はバッファ層１０３の上方に形成され、第１電子供給層１０７は第１電子走行層１０４の上方に形成される。第１スペーサ層１０６は第１電子走行層１０４と第１電子供給層１０７との間に形成される。第１電子走行層１０４の第１電子走行層１０４と第１スペーサ層１０６との界面近傍には第１の２ＤＥＧ１０５が発生している。バンド変調層１０８は第１電子供給層１０７の上方に形成される。バンド変調層１０８の電子親和力は第１電子供給層１０７の電子親和力よりも大きく、且つ、第２電子走行層１０９の電子親和力よりも小さい。第２電子走行層１０９はバンド変調層１０８の上方に形成され、第２電子供給層５１２は第２電子走行層１０９の上方に形成される。第２スペーサ層１１１は第２電子走行層１０９と第２電子供給層５１２との間に形成される。第２電子走行層１０９の第２電子走行層１０９と第２スペーサ層１１１との界面近傍には第２の２ＤＥＧ１１０が発生している。ソース電極１１３、ゲート電極１１４、ドレイン電極１１５は第２電子供給層５１２上に形成され、ゲート電極１１４を挟む位置にソース電極１１３及びドレイン電極１１５が形成される。保護膜１１７は第２電子供給層５１２を覆い、ソース電極１１３及びゲート電極１１４の間とゲート電極１１４及びドレイン電極１１５との間に形成される。素子分離領域１１６は第２電子供給層５１２の表面から第１の２ＤＥＧ１０５まで到達する深さまで形成されている。
【００９０】
本実施形態では、第２電子供給層５１２がＩｎを含んだ材料により形成されている。Ｉｎを含んだ材料としては、例えばＩｎＡｌＮやＩｎＡｌＧａＮが挙げられる。Ｉｎ系を含んだ材料により第２電子供給層５１２を形成することで、第２電子走行層１０９と格子整合するため第２電子供給層５１２に歪みが入らない。そのため、第２電子供給層５１２と第２電子走行層１０９或いは第２スペーサ層１１１との界面における結晶性が良好となり、第２の２ＤＥＧ１１０の電子移動度が高く、高効率の窒化物半導体装置を得ることができる。
【００９１】
また、Ｉｎを含んだ材料を電子供給層に用いた場合はＩｎを含んだ材料の自発分極の電荷量が大きい。窒化物半導体の分極電荷による性質から第２の２ＤＥＧ１１０の電荷密度の方が第１の２ＤＥＧ１０５の電荷密度よりも小さくなるが、Ｉｎを含んだ材料を電子供給層に用いることでＡｌＧａＮを材料に用いた電子供給層よりも電子走行層に発生する２ＤＥＧの電荷密度が大きくすることができる。そのため、ソース電極１１３或いはドレイン電極１１５のコンタクト抵抗を低減することができ、高効率の窒化物半導体装置を得ることができる。
【００９２】
（第５の実施形態に係る窒化物半導体装置の製造方法）
第５の実施形態では、第１の実施形態の窒化物半導体装置の製造方法において第２電子供給層５１２を形成する際に、例えばＩｎＡｌＮを形成する場合は、原料ガスとして、ＴＭＩ、ＴＭＡ、ＮＨ３を用いる。成長圧力は５０（Ｔｏｒｒ）〜２００（Ｔｏｒｒ）程度で成長温度は６５０℃〜８００℃程度とする。ＴＭＩとＴＭＡの供給量を調整することによりＩｎＡｌＮのＩｎとＡｌとの組成比を調整する。ＩｎＡｌＧａＮを形成する場合は、ＩｎＡｌＮを形成する際の原料ガスにＴＭＧを導入すればよい。本実施形態では、第２電子供給層５１２は例えばＩｎ０．１８Ａｌ０．９５Ｎにより形成される。Ｉｎの組成比は１０％〜２０％の範囲が好ましい。Ｉｎの組成比が１０％よりも小さいと、ＧａＮ層との間の結晶歪みが大きく、供給層中にクラックが発生しやすい。Ｉｎの組成比が２０％よりも大きいと、ＩｎＡｌＮ層には圧縮歪みが発生し、分極電荷密度が低下するため、第２電子走行層に生成される２ＤＥＧ密度の減少を引き起こす。
【００９３】
以上、説明したように、第４の実施形態によれば、第２電子供給層５１２を、Ｉｎを含んだ材料により形成することで２ＤＥＧの電荷密度が大きい高効率な窒化物半導体装置を得ることができる。
【００９４】
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について説明する。第６の実施形態は、ＨＥＭＴのディスクリートパッケージに関する。図２８は、第６の実施形態に係るディスクリートパッケージを示す図である。
【００９５】
第６の実施形態では、図２８に示すように、第１〜第５の何れかの実施形態のＨＥＭＴのＨＥＭＴチップ１２１０の裏面がはんだ等のダイアタッチ剤１２３４を用いてランド（ダイパッド）１２３３に固定される。また、ドレイン電極１１５が接続されたドレインパッド１２２６ｄに、Ａｌワイヤ等のワイヤ１２３５ｄが接続され、ワイヤ１２３５ｄの他端が、ランド１２３３と一体化しているドレインリード１２３２ｄに接続される。ソース電極１１３に接続されたソースパッド１２２６ｓにＡｌワイヤ等のワイヤ１２３５ｓが接続され、ワイヤ１２３５ｓの他端がランド１２３３から独立したソースリード１２３２ｓに接続される。ゲート電極１１４に接続されたゲートパッド１２２６ｇにＡｌワイヤ等のワイヤ１２３５ｇが接続され、ワイヤ１２３５ｇの他端がランド１２３３から独立したゲートリード１２３２ｇに接続される。そして、ゲートリード１２３２ｇの一部、ドレインリード１２３２ｄの一部及びソースリード１２３２ｓの一部が突出するようにして、ランド１２３３及びＨＥＭＴチップ１２１０等がモールド樹脂１２３１によりパッケージングされる。
【００９６】
このようなディスクリートパッケージは、例えば、次のようにして製造することができる。先ず、ＨＥＭＴチップ１２１０をはんだ等のダイアタッチ剤１２３４を用いてリードフレームのランド１２３３に固定する。次いで、ワイヤ１２３５ｇ、１２３５ｄ及び１２３５ｓを用いたボンディングにより、ゲートパッド１２２６ｇをリードフレームのゲートリード１２３２ｇに接続し、ドレインパッド１２２６ｄをリードフレームのドレインリード１２３２ｄに接続し、ソースパッド１２２６ｓをリードフレームのソースリード１２３２ｓに接続する。その後、トランスファーモールド法にてモールド樹脂１２３１を用いた封止を行う。続いて、リードフレームを切り離す。
【００９７】
（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態について説明する。第７の実施形態は、ＨＥＭＴを備えたＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ  Ｆａｃｔｏｒ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路に関する。ＰＦＣ回路とは、力率を改善し、例えば高調波の発生を抑制することができる回路のことである。図２９は、第７の実施形態に係るＰＦＣ回路を示す結線図である。
【００９８】
ＰＦＣ回路１２５０には、スイッチ素子（トランジスタ）１２５１、ダイオード１２５２、チョークコイル１２５３、コンデンサ１２５４及び１２５５、ダイオードブリッジ１２５６、並びに交流電源（ＡＣ）１２５７が設けられている。そして、スイッチ素子１２５１のドレイン電極１１５と、ダイオード１２５２のアノード端子及びチョークコイル１２５３の一端子とが接続される。スイッチ素子１２５１のソース電極１１３と、コンデンサ１２５４の一端子及びコンデンサ１２５５の一端子とが接続される。コンデンサ１２５４の他端子とチョークコイル１２５３の他端子とが接続される。コンデンサ１２５５の他端子とダイオード１２５２のカソード端子とが接続される。また、スイッチ素子１２５１のゲート電極１１４にはゲートドライバが接続される。コンデンサ１２５４の両端子間には、ダイオードブリッジ１２５６を介してＡＣ１２５７が接続される。コンデンサ１２５５の両端子間には、直流電源（ＤＣ）が接続される。そして、第７の実施形態では、スイッチ素子１２５１に、第１〜第５の何れかの実施形態のＨＥＭＴが用いられることで、ＰＦＣ回路の特性がよくなる。
【００９９】
ＰＦＣ回路１２５０の製造に際しては、例えば、はんだ等を用いて、スイッチ素子１２５１をダイオード１２５２及びチョークコイル１２５３等に接続する。
【０１００】
（第８の実施形態）
次に、第８の実施形態について説明する。第８の実施形態は、ＨＥＭＴを備えた電源装置に関する。図３０は、第８の実施形態に係る電源装置を示す結線図である。
【０１０１】
電源装置には、高圧の一次側回路１２６１及び低圧の二次側回路１２６２、並びに一次側回路１２６１と二次側回路１２６２との間に配設されるトランス１２６３が設けられている。
【０１０２】
一次側回路１２６１には、第８の実施形態に係るＰＦＣ回路１２５０、及びＰＦＣ回路１２５０のコンデンサ１２５５の両端子間に接続されたインバータ回路、例えばフルブリッジインバータ回路１２６０が設けられている。フルブリッジインバータ回路１２６０には、複数（ここでは４つ）のスイッチ素子１２６４ａ、１２６４ｂ、１２６４ｃ及び１２６４ｄが設けられている。
【０１０３】
二次側回路１２６２には、複数（ここでは３つ）のスイッチ素子１２６５ａ、１２６５ｂ及び１２６５ｃが設けられている。
【０１０４】
第８の実施形態では、一次側回路１２６１を構成するＰＦＣ回路１２５０のスイッチ素子１２５１、並びにフルブリッジインバータ回路１２６０のスイッチ素子１２６４ａ、１２６４ｂ、１２６４ｃ及び１２６４ｄに、第１〜第５の何れかの実施形態のＨＥＭＴが用いられることで電源装置の特性が良くなる。一方、二次側回路１２６２のスイッチ素子１２６５ａ、１２６５ｂ及び１２６５ｃには、シリコンを用いた通常のＭＩＳ型ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）が用いられている。
【０１０５】
（第９の実施形態）
次に、第９の実施形態について説明する。第９の実施形態は、ＨＥＭＴを備えた増幅器に関する。図３１は、第９の実施形態に係る増幅器を示す結線図である。
【０１０６】
増幅器には、ディジタル・プレディストーション回路１２７１、ミキサー１２７２ａ及び１２７２ｂ、並びにパワーアンプ１２７３が設けられている。
【０１０７】
ディジタル・プレディストーション回路１２７１は、入力信号の非線形歪みを補償する。ミキサー１２７２ａは、非線形歪みが補償された入力信号と交流信号とをミキシングする。パワーアンプ１２７３は、第１〜第５の何れかの実施形態のＨＥＭＴを備えており、交流信号とミキシングされた入力信号を増幅する。第１〜第５の何れかの実施形態のＨＥＭＴを備えていることで増幅器の特性が良くなる。なお、本実施形態では、例えば、スイッチの切り替えにより、出力側の信号をミキサー１２７２ｂで交流信号とミキシングしてディジタル・プレディストーション回路１２７１に送出できる。この増幅器は、高周波増幅器、高出力増幅器として使用することができる。
【０１０８】
（その他）
なお、第１の実施形態に係る基板、バッファ層、第１電子走行層、第１スペーサ層、第１電子供給層、第２電子走行層、第２スペーサ層、第２電子供給層、保護膜等の種々の変形例は、第２から第５の実施形態における窒化物半導体装置にも適用可能である。
【０１０９】
ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極の構造は上述の実施形態のものに限定されない。例えば、これらの電極が単層から構成されていてもよい。また、これらの電極の形成方法はリフトオフ法に限定されない。更に、オーミック特性が得られるのであれば、ソース電極及びドレイン電極の形成後の熱処理を省略してもよい。ゲート電極に、Ｎｉ及びＡｕの他にＰｄ又はＰｔが含まれていてもよい。
【０１１０】
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１１】
１００  窒化物半導体装置
１０１  基板
１０２  初期層
１０３  バッファ層
１０４  第１電子走行層
１０５  第１の２ＤＥＧ
１０６  第１スペーサ層
１０７  第１電子供給層
１０８  バンド変調層
１０９  第２電子走行層
１１０  第２の２ＤＥＧ
１１１  第２スペーサ層
１１２  第２電子供給層
１１３  ソース電極
１１４  ゲート電極
１１５  ドレイン電極
１１６  素子分離領域
１１７  保護膜
２００  窒化物半導体装置
２１３  ソース電極
２１４  ゲート電極
２１５  ドレイン電極
２２０  リセス部
２３０  レジストパターン
３００  窒化物半導体装置
３０８  バンド変調層
４００  窒化物半導体装置
４０９  第２電子走行層
５００  窒化物半導体装置
５１２  第２電子供給層
【図１】
2018190877.tif 000003
【図２】
2018190877.tif 000004
【図３】
2018190877.tif 000005
【図４】
2018190877.tif 000006
【図５】
2018190877.tif 000007
【図６】
2018190877.tif 000008
【図７】
2018190877.tif 000009
【図８】
2018190877.tif 000010
【図９】
2018190877.tif 000011
【図１０】
2018190877.tif 000012
【図１１】
2018190877.tif 000013
【図１２】
2018190877.tif 000014
【図１３】
2018190877.tif 000015
【図１４】
2018190877.tif 000016
【図１５】
2018190877.tif 000017
【図１６】
2018190877.tif 000018
【図１７】
2018190877.tif 000019
【図１８】
2018190877.tif 000020
【図１９】
2018190877.tif 000021
【図２０】
2018190877.tif 000022
【図２１】
2018190877.tif 000023
【図２２】
2018190877.tif 000024
【図２３】
2018190877.tif 000025
【図２４】
2018190877.tif 000026
【図２５】
2018190877.tif 000027
【図２６】
2018190877.tif 000028
【図２７】
2018190877.tif 000029
【図２８】
2018190877.tif 000030
【図２９】
2018190877.tif 000031
【図３０】
2018190877.tif 000032
【図３１】
2018190877.tif 000033