(57)【要約】【課題】Ｓｉ基板を有する窒化物半導体装置において、Ｓｉ基板の裏面から効率よく熱を放熱できる窒化物半導体装置を提供する。【解決手段】窒化物半導体装置１は、表面２ａおよび裏面２ｂを有するＳｉ基板２と、Ｓｉ基板２の表面２ａ上に配置され、電子走行層を構成する第１窒化物半導体層４と、第１窒化物半導体層４上に形成された第２窒化物半導体層５と、第２窒化物半導体層５上に配置されたゲート電極７、ソース電極１２およびドレイン電極１３と、Ｓｉ基板２に形成され、Ｓｉ基板２の裏面２ｂから表面２ａに向かって窪んだ凹部３１と、凹部３１内に埋め込まれ、Ｓｉ基板よりも熱伝導率が高い材料からなる熱伝導体３２とを含む。【選択図】図１
2019169551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面および裏面を有するＳｉ基板と、
前記Ｓｉ基板の表面上に配置され、電子走行層を構成する第１窒化物半導体層と、
前記第１窒化物半導体層上に形成され、電子供給層を構成する第２窒化物半導体層と、
前記第２窒化物半導体層上に配置されたゲート電極と、
前記第２窒化物半導体層上に、前記ゲート電極を挟むように前記ゲート電極から離れて配置され、前記第２窒化物半導体層に電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極と、
前記Ｓｉ基板に形成され、前記Ｓｉ基板の裏面から表面に向かって窪んだ凹部と、
前記凹部内に埋め込まれ、前記Ｓｉ基板よりも熱伝導率が高い材料からなる熱伝導体とを含む、窒化物半導体装置。
【請求項２】
前記Ｓｉ基板の裏面に前記熱伝導体に接するように形成され、前記Ｓｉ基板よりも熱伝導率が高い材料からなる熱伝導膜をさらに含む、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記凹部は複数の凹部を含み、
前記Ｓｉ基板の裏面に対する法線方向から見た底面視において、前記複数の凹部は千鳥配列で配置されている、請求項１または２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
前記凹部は複数の凹部を含み、
前記Ｓｉ基板の裏面に対する法線方向から見た底面視において、前記複数の凹部は行列状に配置されている、請求項１または２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記凹部の横断面は、円形状または多角形状である、請求項３または４に記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
前記凹部は、前記Ｓｉ基板の裏面に対する法線方向から見た底面視において、前記Ｓｉ基板の裏面に沿う所定の一方向に互いに平行に延びた細長矩形の複数の凹部を含む、請求項１または２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項７】
前記凹部は、前記Ｓｉ基板の裏面に対する法線方向から見た底面視において、前記Ｓｉ基板の裏面に沿う所定の第１方向に互いに平行に延びた細長矩形の複数の第１凹部と、前記Ｓｉ基板の裏面に沿う方向であってかつ前記第１方向と直交する第２方向に互いに平行に延び、前記複数の第１凹部と交差する細長矩形の複数の第２凹部とを含む、請求項１または２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項８】
前記熱伝導体がＣｕからなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項９】
前記熱伝導膜がＴｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、ＩｎおよびＡｌのうちから任意に選択された一つまたは任意の組み合わせからなる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１０】
前記Ｓｉ基板と、前記第１窒化物半導体層との間に配置され、バッファ層を構成する第３窒化物半導体層をさらに有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１１】
前記第１窒化物半導体層はＧａＮ層からなり、前記第２窒化物半導体層はＡｌＧａＮ層からなる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１２】
前記第１窒化物半導体層はＧａＮ層からなり、前記第２窒化物半導体層はＡｌＧａＮ層からなり、前記バッファ層が、前記Ｓｉ基板の表面に形成されたＡｌＮ層と前記ＡｌＮ層上に積層されたＡｌＧａＮ層との積層膜からなる、請求項１０に記載の窒化物半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、III族窒化物半導体（以下単に「窒化物半導体」という場合がある。）からなる窒化物半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
III族窒化物半導体とは、III-Ｖ族半導体においてＶ族元素として窒素を用いた半導体である。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）が代表例である。一般には、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−x−yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）と表わすことができる。
特許文献１には、窒化物半導体を用いたＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor;高電子移動度トランジスタ）が開示されている。特許文献１のＨＥＭＴは、Ｓｉ基板と、Ｓｉ基板上に形成され、ＧａＮからなる電子走行層と、電子走行層上に形成されたＡｌＧａＮからなる電子供給層とを含んでいる。この電子供給層に接するように一対のソース電極およびドレイン電極が形成され、それらの間にゲート電極が配置されている。ＧａＮとＡｌＧａＮとの格子不整合に起因する分極のために、電子走行層内において、電子走行層と電子供給層との界面から数Åだけ内方の位置に、二次元電子ガスが形成される。この二次元電子ガスをチャネルとして、ソース・ドレイン間が接続される。ゲート電極に制御電圧を印加することで、二次元電子ガスを遮断すると、ソース・ドレイン間が遮断される。ゲート電極に制御電圧を印加していない状態では、ソース・ドレイン間が導通するので、ノーマリーオン型のデバイスとなる。
【０００３】
窒化物半導体ＨＥＭＴとして、ノーマリーオフ型のＨＥＭＴも既に開発されている。ノーマリーオフ型の窒化物半導体ＨＥＭＴを実現するための構造は、たとえば、特許文献２または特許文献３において提案されている。
特許文献２では、ＡｌＧａＮ電子供給層にｐ型ＧａＮ層を積層し、その上にゲート電極を配置し、前記ｐ型ＧａＮ層から広がる空乏層によってチャネルを消失させることで、ノーマリーオフを達成する構成を開示している。
【０００４】
特許文献３では、電子走行層上に、電子供給層と電子走行層との界面に連続する界面を有する酸化膜が形成されている。そして、ゲート電極は、酸化膜を挟んで電子走行層上に対向している。このような構成では、ゲート電極の直下に電子供給層が存在しないので、ゲート電極の直下に二次元電子ガスは形成されない。これにより、ノーマリーオフが達成される。酸化膜は、たとえば、電子供給層の一部を熱酸化することにより作成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１０９３６６号公報
【特許文献２】特開２００６−３３９５６１号公報
【特許文献３】特開２０１３−６５６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の従来の窒化物半導体装置において、装置内部で発生した熱を基板の裏面から放熱することが考えられる。しかしながら、基板としてＳｉ基板が用いられた窒化物半導体装置では、装置内部で発生した熱を、熱伝導率が比較的低いＳｉ基板を経由して基板裏面側に伝達する必要があるため、放熱効率が低いという問題がある。
この発明の目的は、Ｓｉ基板を有する窒化物半導体装置において、装置内部で発生した熱を、Ｓｉ基板の裏面から効率よく放熱することが可能となる窒化物半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る窒化物半導体装置は、表面および裏面を有するＳｉ基板と、前記Ｓｉ基板の表面上に配置され、電子走行層を構成する第１窒化物半導体層と、前記第１窒化物半導体層上に形成され、電子供給層を構成する第２窒化物半導体層と、前記第２窒化物半導体層上に配置されたゲート電極と、前記第２窒化物半導体層上に、前記ゲート電極を挟むように前記ゲート電極から離れて配置され、前記第２窒化物半導体層に電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極と、前記Ｓｉ基板に形成され、前記Ｓｉ基板の裏面から表面に向かって窪んだ凹部と、前記凹部内に埋め込まれ、前記Ｓｉ基板よりも熱伝導率が高い材料からなる熱伝導体とを含む。
【０００８】
この構成では、装置内部で発生した熱を、Ｓｉ基板よりも熱伝導率が高い材料からなる熱伝導体を経由してＳｉ基板の裏面側に伝達できるので、装置内部で発生した熱をＳｉ基板の裏面から効率よく放熱することが可能となる。
この発明の一実施形態では、前記Ｓｉ基板の裏面に前記熱伝導体に接するように形成され、前記Ｓｉ基板よりも熱伝導率が高い材料からなる熱伝導膜をさらに含む。
【０００９】
この構成では、装置内部で発生した熱を、Ｓｉ基板の裏面側に形成された熱伝導膜まで効率よく伝達できるので、装置内部で発生した熱をＳｉ基板の裏面からより効率よく放熱することが可能となる。
この発明の一実施形態では、前記凹部は複数の凹部を含み、前記Ｓｉ基板の裏面に対する法線方向から見た底面視において、前記複数の凹部は千鳥配列で配置されている。
【００１０】
この発明の一実施形態では、前記凹部は複数の凹部を含み、前記Ｓｉ基板の裏面に対する法線方向から見た底面視において、前記複数の凹部は行列状に配置されている。
この発明の一実施形態では、前記凹部の横断面は、円形状または多角形状である。
この発明の一実施形態では、前記凹部は、前記Ｓｉ基板の裏面に対する法線方向から見た底面視において、前記Ｓｉ基板の裏面に沿う所定の一方向に互いに平行に延びた細長矩形の複数の凹部を含む。
【００１１】
この発明の一実施形態では、前記凹部は、前記Ｓｉ基板の裏面に対する法線方向から見た底面視において、前記Ｓｉ基板の裏面に沿う所定の第１方向に互いに平行に延びた細長矩形の複数の第１凹部と、前記Ｓｉ基板の裏面に沿う方向であってかつ前記第１方向と直交する第２方向に互いに平行に延び、前記複数の第１凹部と交差する細長矩形の複数の第２凹部とを含む。
【００１２】
この発明の一実施形態では、前記熱伝導体がＣｕからなる。
この発明の一実施形態では、前記熱伝導膜が、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、ＩｎおよびＡｌのうちから任意に選択された一つまたは任意の組み合わせからなる。
この発明の一実施形態では、前記Ｓｉ基板と、前記第１窒化物半導体層との間に配置され、バッファ層を構成する第３窒化物半導体層をさらに有する。
【００１３】
この発明の一実施形態では、前記第１窒化物半導体層はＧａＮ層からなり、前記第２窒化物半導体層はＡｌＧａＮ層からなる。
この発明の一実施形態では、前記第１窒化物半導体層はＧａＮ層からなり、前記第２窒化物半導体層はＡｌＧａＮ層からなり、前記バッファ層が、前記Ｓｉ基板の表面に形成されたＡｌＮ層と前記ＡｌＮ層上に積層されたＡｌＧａＮ層との積層膜からなる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、この発明の第１実施形態に係る窒化物半導体装置の構成を説明するための模式的な断面図である。
【図２】図２は、凹部の配置パターンの一例を示す模式的な底面図であり、基板の裏面に形成された熱伝導膜が省略された底面図である。
【図３】図３は、凹部の配置パターンの他の例を示す模式的な底面図であり、基板の裏面に形成された熱伝導膜が省略された底面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、前記窒化物半導体装置の製造工程の一例を示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの次の工程を示す断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図４Ｂの次の工程を示す断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、図４Ｃの次の工程を示す断面図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、図４Ｄの次の工程を示す断面図である。
【図４Ｆ】図４Ｆは、図４Ｅの次の工程を示す断面図である。
【図４Ｇ】図４Ｇは、図４Ｆの次の工程を示す断面図である。
【図４Ｈ】図４Ｈは、図４Ｇの次の工程を示す断面図である。
【図４Ｉ】図４Ｉは、図４Ｈの次の工程を示す断面図である。
【図５】図５は、凹部の形状の他の例を示す模式的な底面図であり、基板の裏面に形成された熱伝導膜が省略された底面図である。
【図６】図６は、凹部の形状のさらに他の例を示す模式的な底面図であり、基板の裏面に形成された熱伝導膜が省略された底面図である。
【図７】図７は、凹部の形状のさらに他の例を説明するための模式的な断面図である。
【図８】図８は、図７の凹部を示す模式的な底面図であり、基板の裏面に形成された熱伝導膜が省略された底面図である。
【図９】図９は、凹部の形状のさらに他の例を示す模式的な底面図であり、基板の裏面に形成された熱伝導膜が省略された底面図である。
【図１０】図１０は、凹部の形状のさらに他の例を説明するための模式的な断面図である。
【図１１】図１１は、図１０の凹部を示す模式的な底面図であり、基板の裏面に形成された熱伝導膜が省略された底面図である。
【図１２】図１２は、この発明の第２実施形態に係る窒化物半導体装置の構成を説明するための模式的な断面図である。
【図１３】図１３は、この発明の第３実施形態に係る窒化物半導体装置の構成を説明するための模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る窒化物半導体装置の構成を説明するための模式的な断面図である。
窒化物半導体装置１は、基板２と、基板２の表面２ａに形成されたバッファ層３と、バッファ層３上にエピタキシャル成長された第１窒化物半導体層４と、第１窒化物半導体層４上にエピタキシャル成長された第２窒化物半導体層５とを含む。さらに、この窒化物半導体装置１は、第２窒化物半導体層５上に形成されたゲート部２０とを含む。
【００１６】
さらに、この窒化物半導体装置１は、第２窒化物半導体層５およびゲート部２０を覆うパッシベーション膜８と、パッシベーション膜８上に積層されたバリアメタル膜９とを含む。さらに、この窒化物半導体装置１は、パッシベーション膜８とバリアメタル膜９との積層膜に形成されたソース電極用コンタクト孔１０およびドレイン電極用コンタクト孔１１を貫通して第２窒化物半導体層５にオーミック接触しているソース電極１２およびドレイン電極１３とを含む。ソース電極１２およびドレイン電極１３は、間隔を開けて配置されている。ソース電極１２は、ゲート部２０を覆うように形成されている。
【００１７】
基板２は、シリコン（Ｓｉ）基板からなる。この実施形態では、基板２は低抵抗のシリコン基板からなる。低抵抗のシリコン基板は、たとえば、１×１０１７ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３（より具体的には１×１０１８ｃｍ−３程度）の不純物濃度を有していてもよい。基板２の厚さは、５０μｍ〜１０００μｍ程度である。
バッファ層３は、バッファ層３上に形成される第１窒化物半導体層４の格子定数と、基板２の格子定数との相違によって生じる歪を緩和するための緩衝層である。バッファ層３は、この実施形態では、複数の窒化物半導体膜を積層した多層バッファ層から構成されている。この実施形態では、バッファ層３は、基板２の表面２ａに接するＡｌＮ膜と、このＡｌＮ膜の表面（基板２とは反対側の表面）に積層されたＡｌＧａＮ膜との積層膜から構成されている。ＡｌＮ膜の膜厚は、０．２μｍ程度である。ＡｌＧａＮ膜の膜厚は、０．１２μｍ程度である。バッファ層３は、ＡｌＮ膜の単膜またはＡｌＧａＮの単膜から構成されていてもよい。
【００１８】
第１窒化物半導体層４は、電子走行層を構成している。この実施形態では、第１窒化物半導体層４は、アクセプタ型不純物がドーピングされたＧａＮ層からなり、その厚さは１μｍ程度である。アクセプタ型不純物の濃度は、４×１０１６ｃｍ−３以上であることが好ましい。この実施形態では、アクセプタ型不純物は、Ｃ（炭素）である。
第２窒化物半導体層５は、電子供給層を構成している。第２窒化物半導体層５は、第１窒化物半導体層４よりもバンドギャップの大きい窒化物半導体からなっている。具体的には、第２窒化物半導体層５は、第１窒化物半導体層４よりもＡｌ組成の高い窒化物半導体からなっている。窒化物半導体においては、Ａｌ組成が高いほどバッドギャップは大きくなる。この実施形態では、第２窒化物半導体層５は、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ層（０＜ｘ１＜１）からなり、その厚さは１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度である。
【００１９】
このように第１窒化物半導体層４（電子走行層）と第２窒化物半導体層５（電子供給層）とは、バンドギャップ（Ａｌ組成）の異なる窒化物半導体からなっており、それらの間には格子不整合が生じている。そして、第１窒化物半導体層４および第２窒化物半導体層５の自発分極ならびにそれらの間の格子不整合に起因するピエゾ分極によって、第１窒化物半導体層４と第２窒化物半導体層５との界面における第１窒化物半導体層４の伝導帯のエネルギーレベルはフェルミ準位よりも低くなる。これにより、第１窒化物半導体層４と第２窒化物半導体層５との界面に近い位置（たとえば界面から数Å程度の距離）には、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）１５が広がっている。
【００２０】
ゲート部２０は、第２窒化物半導体層５上にエピタキシャル成長された窒化物半導体ゲート層６と、窒化物半導体ゲート層６上に形成されたゲート電極７とを含む。ゲート部２０は、ソース電極用コンタクト孔１０寄りに偏って配置されている。ソース電極１２およびドレイン電極１３でゲート電極７を挟むことによって素子構造が構成されている。窒化物半導体装置１は、実際には、図１に図示されているものよりも、図１の紙面の左右方向に長く形成されており、ソース電極（Ｓ）１２、ゲート電極（Ｇ）７およびドレイン電極（Ｄ）１３は、図１の紙面の左右方向にＳＧＤＧＳＧＤの順に周期的に配置されている。
【００２１】
窒化物半導体ゲート層６は、アクセプタ型不純物がドーピングされた窒化物半導体からなる。この実施形態では、窒化物半導体ゲート層６は、アクセプタ型不純物がドーピングされたＧａＮ層（ｐ型ＧａＮ層）からなっており、その厚さは１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。窒化物半導体ゲート層６に注入されるアクセプタ型不純物の濃度は、３×１０１７ｃｍ−３以上であることが好ましい。この実施形態では、アクセプタ型不純物は、Ｍｇ（マグネシウム）である。アクセプタ型不純物は、Ｃ（炭素）等のＭｇ以外のアクセプタ型不純物であってもよい。窒化物半導体ゲート層６は、ゲート部２０の直下の領域において、第１窒化物半導体層４（電子走行層）と第２窒化物半導体層５（電子供給層）との界面に生じる二次元電子ガス１５を相殺するために設けられている。
【００２２】
ゲート電極７は、窒化物半導体ゲート層６の表面に接するように形成されている。ゲート電極７は、この実施形態では、ＴｉＮ層から構成されており、その厚さは１００ｎｍ程度である。
パッシベーション膜８は、第２窒化物半導体層５の表面（コンタクト孔１０，１１が臨んでいる領域を除く）および窒化物半導体ゲート層６の側面ならびにゲート電極７の側面および表面を覆っている。この実施形態では、パッシベーション膜８はＳｉＮ膜からなり、その厚さは１００ｎｍ程度である。
【００２３】
パッシベーション膜８上には、ゲート部２０を覆うように、バリアメタル膜９が積層されている。この実施形態では、バリアメタル膜９はＴｉＮ膜からなり、その厚さは５０ｎｍ程度である。
ソース電極１２およびドレイン電極１３は、例えば、第２窒化物半導体層５に接する下層と、下層に積層された中間層と、中間層に積層された上層とを有していてもよい。下層は厚さが２０ｎｍ程度のＴｉであってよく、中間層は２００ｎｍ程度のＡｌであってよく、上層は厚さが５０ｎｍ程度のＴｉＮであってもよい。
【００２４】
基板２には、その裏面２ｂからその表面２ａ側に窪んだ複数の凹部３１が形成されている。各凹部３１内には、Ｓｉ基板２よりも熱伝導率が高い材料からなる熱伝導体３２が埋め込まれている。この実施形態では、熱伝導体３２は凹部３１内の空間を埋め尽くすように形成されている。熱伝導体３２は、例えばＣｕ（銅）からなる。熱伝導体３２は、Ｃｕの他、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、ＩｎおよびＡｌのうちから任意に選択された一つまたは任意の組み合わせ等から構成されていてもよい。
【００２５】
この実施形態では、凹部３１（熱伝導体３２）は、基板２の裏面２ｂから表面２ａに向かってその横断面が徐々に小さくなる円錐台状である。言い換えれば、凹部３１（熱伝導体３２）の横断面は円形状である。複数の凹部３１（熱伝導体３２）は、図２に示すように、基板２の裏面２ｂに対する法線方向から見た底面視（基板２の表面２ａに対する法線方向から見た平面視）において、千鳥配列状に配置されている。複数の凹部３１（熱伝導体３２）は、図３に示すように、行列状に配置されていてもよい。図２および図３においては、説明の便宜上、後述する基板２の裏面２ｂ側の熱伝導膜３３（図１参照）は省略されている。凹部３１は、円柱状であってもよい。
【００２６】
基板２の裏面２ｂには、熱伝導体３２に接するように、熱伝導膜３３が形成されている。熱伝導膜３３は、Ｓｉ基板２よりも熱伝導率が高い材料からなる。熱伝導膜３３は、例えばＴｉ、ＮｉおよびＡｇの積層膜からなる。熱伝導膜３３は、Ｔｉ、ＮｉおよびＡｇの積層膜の他、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、ＩｎおよびＡｌのうちから任意に選択された一つまたは任意の組み合わせ等から構成されていてもよい。
【００２７】
この半導体装置１では、第１窒化物半導体層４（電子走行層）上にバンドギャップ（Ａｌ組成）の異なる第２窒化物半導体層５（電子供給層）が形成されてヘテロ接合が形成されている。これにより、第１窒化物半導体層４と第２窒化物半導体層５との界面付近の第１窒化物半導体層４内に二次元電子ガス１５が形成され、この二次元電子ガス１５をチャネルとして利用したＨＥＭＴが形成されている。
【００２８】
ゲート電極７は、ｐ型ＧａＮ層からなる窒化物半導体ゲート層６を挟んで第２窒化物半導体層５に対向している。ゲート電極７の下方においては、ｐ型ＧａＮ層からなる窒化物半導体ゲート層６に含まれるイオン化アクセプタによって、第１窒化物半導体層４および第２窒化物半導体層５のエネルギーレベルが引き上げられる。このため、第１窒化物半導体層４と第２窒化物半導体層５との間のヘテロ接合界面における伝導帯のエネルギーレベルはフェルミ準位よりも大きくなる。したがって、ゲート電極７（ゲート部２０）の直下では、第１窒化物半導体層４および第２窒化物半導体層５の自発分極ならびにそれらの格子不整合によるピエゾ分極に起因する二次元電子ガス１５が形成されない。
【００２９】
よって、ゲート電極７にバイアスを印加していないとき（ゼロバイアス時）には、二次元電子ガス１５によるチャネルはゲート電極７の直下で遮断されている。こうして、ノーマリーオフ型のＨＥＭＴが実現されている。ゲート電極７に適切なオン電圧（たとえば３Ｖ）を印加すると、ゲート電極７の直下の第１窒化物半導体層４内にチャネルが誘起され、ゲート電極７の両側の二次元電子ガス１５が接続される。これにより、ソース−ドレイン間が導通する。
【００３０】
使用に際しては、たとえば、ソース電極１２とドレイン電極１３との間に、ドレイン電極１３側が正となる所定の電圧（たとえば２００Ｖ〜３００Ｖ）が印加される。その状態で、ゲート電極７に対して、ソース電極１２を基準電位（０Ｖ）として、オフ電圧（０Ｖ）またはオン電圧（３Ｖ）が印加される。
図４Ａ〜図４Ｇは、前述の窒化物半導体装置１の製造工程の一例を説明するための断面図であり、製造工程における複数の段階における断面構造が示されている。
【００３１】
まず、図４Ａに示すように、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法によって、基板２上に、バッファ層３および第１窒化物半導体層（電子走行層）４が順にエピタキシャル成長される。さらに、ＭＯＣＶＤ法によって、第１窒化物半導体層４上に第２窒化物半導体層（電子供給層）５がエピタキシャル成長される。さらに、第２窒化物半導体層５上に、窒化物半導体ゲート層６の材料膜であるゲート層材料膜４１がエピタキシャル成長される。
【００３２】
次に、図４Ｂに示すように、スパッタ法または蒸着法によって、ゲート層材料膜４１上にゲート電極７の材料膜であるゲート電極膜４２が形成される。ゲート電極膜４２は、たとえば、ＴｉＮの金属膜からなる。
次に、図４Ｃに示すように、ゲート電極膜４２表面におけるゲート電極作成予定領域を覆うレジスト膜４３が形成される。そして、レジスト膜４３をマスクとして、ゲート電極膜４２およびゲート層材料膜４１が選択的にエッチングされる。
【００３３】
これにより、ゲート電極膜４２がパターニングされてゲート電極７が得られる。また、ゲート層材料膜４１が、ゲート電極７と同じパターンにパターニングされる。このようにして、第２窒化物半導体層５上に、窒化物半導体ゲート層６およびゲート電極７からなるゲート部２０が形成される。
次に、レジスト膜４３が除去される。この後、図４Ｄに示すように、プラズマＣＶＤ法またはＬＰＣＶＤ法によって、露出した表面全域を覆うように、パッシベーション膜８が形成される。そして、スパッタ法によって、パッシベーション膜８の表面に、バリアメタル膜９が形成される。パッシベーション膜８は、たとえばＳｉＮ層からなる。バリアメタル膜９は、たとえばＴｉＮ層からなる。
【００３４】
次に、図４Ｅに示すように、パッシベーション膜８とバリアメタル膜９との積層膜に、ソース電極用コンタクト孔１０およびドレイン電極用コンタクト孔１１が形成される。
次に、図４Ｆに示すように、露出した表面全域を覆うようにソース・ドレイン電極膜４４が形成される。ソース・ドレイン電極膜４４は、下層としてのＴｉ層、中間層としてのＡｌ層および上層としてのＴｉＮ層を積層した積層金属膜からなり、各層を順に蒸着することによって形成される。
【００３５】
次に、図４Ｇに示すように、ソース・ドレイン電極膜４４およびバリアメタル膜９がエッチングによってパターニングされ、さらにアニール処理が施されることによって、第２窒化物半導体層５にオーミック接触するソース電極１２およびドレイン電極１３が形成される。
次に、基板２の裏面２ｂにおける凹部形成予定領域を覆うレジスト膜が形成される。そして、このレジスト膜をマスクとして、基板２が選択的にエッチングされる。これにより、図４Ｈに示すように、基板２の裏面２ｂに、複数の凹部３１が形成される。
【００３６】
次に、図４Ｉに示すように、例えば、めっき法によって、複数の凹部３１内に熱伝導体３２が埋め込まれる。この後、基板２の裏面２ｂに、複数の凹部３１内の熱伝導体３２に接するように、熱伝導体３２を覆う熱伝導膜３３が形成されることにより、図１に示すような構造の半導体装置１が得られる。
前述の第１実施形態では、基板２には、その裏面２ｂからその表面２ａ側に窪んだ複数の凹部３１が形成されている。そして、各凹部３１内には、Ｓｉ基板２よりも熱伝導率が高い材料からなる熱伝導体３２が埋め込まれている。これにより、装置内部で発生した熱を、Ｓｉ基板２よりも熱伝導率が高い材料からなる熱伝導体３２を経由してＳｉ基板２の裏面側に伝達できるので、装置内部で発生した熱をＳｉ基板２の裏面２ｂから効率よく放熱することが可能となる。
【００３７】
また、前述の第１実施形態では、基板２の裏面２ｂには、Ｓｉ基板２よりも熱伝導率が高い材料からなる熱伝導膜３３が、熱伝導体３２に接するように形成されている。これにより、装置内部で発生した熱を、Ｓｉ基板２の裏面側に形成された熱伝導膜３２まで効率よく伝達できるので、装置内部で発生した熱をＳｉ基板２の裏面２ｂからより効率よく放熱することが可能となる。
【００３８】
前述の第１実施形態では、凹部３１（熱伝導体３２）は、基板２の裏面２ｂから表面２ａに向かってその横断面が徐々に小さくなる円錐台状であるが、凹部３１（熱伝導体３２）は、基板２の裏面２ｂから表面２ａに向かってその横断面が徐々に小さくなる角錐台状であってもよい。言い換えれば、凹部３１（熱伝導体３２）の横断面は多角形状であってもよい。図５は、底面が６角形の角錐台状である複数の凹部３１（熱伝導体３２）が、千鳥配列状に配置されている例を示している。図６は、底面が四角形の角錐台状である複数の凹部３１（熱伝導体３２）が、行列状に配置されている例を示している。図５および図６は、基板２の裏面に形成された熱伝導膜３３が省略された模式的な底面図である。凹部３１は、角柱状であってもよい。
【００３９】
また、複数の凹部３１（熱伝導体３２）は、図７および図８に示すように、底面視において、基板２の裏面２ｂに沿う所定の一方向に互いに平行に延びた細長矩形の複数の凹部３１（熱伝導体３２）から構成されていてもよい。図７は、窒化物半導体装置１の模式的な断面図である。図８は、基板２の裏面に形成された熱伝導膜３３が省略された模式的な底面図である。
【００４０】
また、複数の凹部３１（熱伝導体３２）は、図９に示すように、底面視において、基板２の裏面２ｂに沿う所定の第１方向に互いに平行に延びた細長矩形の複数の第１凹部３１Ａ（第１熱伝導体３２Ａ）と、基板２の裏面２ｂに沿う方向であって、第１方向に直交する第２方向に互いに平行に延びた細長矩形の複数の第２凹部３１Ｂ（第２熱伝導体３２Ｂ）とから構成されていてもよい。複数の第１凹部３１Ａ（第１熱伝導体３２Ａ）は、複数の第２凹部２３Ｂ（第２熱伝導体３２Ｂ）と交差している。図９は、基板２の裏面に形成された熱伝導膜３３が省略された底面図である。
【００４１】
また、凹部３１（熱伝導体３２）は、図１０および図１１に示すように、基板２の裏面２ｂ全体の、周縁部に囲まれた中央部に１つだけ形成されていてもよい。この例では、凹部３１（熱伝導体３２は、四角錐台状である。図１０は、窒化物半導体装置１の全体の模式的な断面図であって、第１窒化物半導体層４よりも上側の部分が省略された断面図である。図１１は、基板２の裏面２ｂ全体を示す模式的な底面図であって、基板２の裏面２ｂに形成された熱伝導膜３３が省略された底面図である。
【００４２】
図１２は、この発明の第２実施形態に係る窒化物半導体装置の構成を説明するための模式的な断面図である。図１２において、前述の図１の各部に対応する部分には図１と同じ符号を付して示す。
窒化物半導体装置１Ａは、基板２と、基板２の表面２ａに形成されたバッファ層３と、バッファ層３上にエピタキシャル成長された第１窒化物半導体層４と、第１窒化物半導体層４上にエピタキシャル成長された第２窒化物半導体層５とからなる半導体積層構造（窒化物半導体構造）を含む。
【００４３】
さらに、この窒化物半導体装置１Ａは、第２窒化物半導体層５上に形成されたゲート絶縁膜２１を含む。さらに、この窒化物半導体装置１Ａは、ゲート絶縁膜２１に形成されたソース電極用コンタクトホール２２およびドレイン電極用コンタクトホール２３を貫通して第２窒化物半導体層５にオーミック接触しているソース電極２４およびドレイン電極２５を含む。ソース電極２４およびドレイン電極２５は、間隔を開けて配置されている。
【００４４】
さらに、この窒化物半導体装置１Ａは、ゲート絶縁膜２１上に形成されたゲート電極２６を含む。ゲート電極２６は、ソース電極２４とドレイン電極２５との間に配置されている。窒化物半導体装置１Ａは、実際には、図１２に図示されているものよりも、図１２の紙面の左右方向に長く形成されており、ソース電極（Ｓ）２４、ゲート電極（Ｇ）２６およびドレイン電極（Ｄ）２５は、図１２の紙面の左右方向にＳＧＤＧＳＧＤの順に周期的に配置されている。
【００４５】
基板２は、この実施形態では、低抵抗のシリコン基板である。低抵抗のシリコン基板は、例えば、１×１０１７ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３（より具体的には１×１０１８ｃｍ−３程度）の不純物濃度を有していてもよい。
バッファ層３は、バッファ層３上に形成される第１窒化物半導体層４の格子定数と、基板２の格子定数との相違によって生じる歪を緩和するための緩衝層である。バッファ層３は、この実施形態では、複数の窒化物半導体膜を積層した多層バッファ層から構成されている。この実施形態では、バッファ層３は、基板２の表面２ａに接するＡｌＮ膜と、このＡｌＮ膜の表面（基板２とは反対側の表面）に積層されたＡｌＧａＮ膜との積層膜から構成されている。バッファ層３は、ＡｌＮ膜の単膜またはＡｌＧａＮの単膜から構成されていてもよい。
【００４６】
第１窒化物半導体層４は、電子走行層を構成している。この実施形態では、第１窒化物半導体層４は、ドナー型不純物がドーピングされたｎ型ＧａＮ層からなる。なお、第１窒化物半導体層４は、アンドープのＧａＮ層から構成されてもよい。
第２窒化物半導体層５は、電子供給層を構成している。第２窒化物半導体層５は、第１窒化物半導体層４よりもバンドギャップの大きい窒化物半導体からなっている。具体的には、第２窒化物半導体層５は、第１窒化物半導体層４よりもＡｌ組成の高い窒化物半導体からなっている。窒化物半導体においては、Ａｌ組成が高いほどバッドギャップは大きくなる。この実施形態では、第２窒化物半導体層５は、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ層（０＜ｘ１＜１）からなる。
【００４７】
このように第１窒化物半導体層４（電子走行層）と第２窒化物半導体層５（電子供給層）とは、バンドギャップ（Ａｌ組成）の異なる窒化物半導体からなっており、それらの間には格子不整合が生じている。そして、第１窒化物半導体層４および第２窒化物半導体層５の自発分極ならびにそれらの間の格子不整合に起因するピエゾ分極によって、第１窒化物半導体層４と第２窒化物半導体層５との界面における第１窒化物半導体層４の伝導帯のエネルギーレベルはフェルミ準位よりも低くなる。これにより、第１窒化物半導体層４と第２窒化物半導体層５との界面に近い位置（たとえば界面から数Å程度の距離）には、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）１５が広がっている。
【００４８】
ゲート絶縁膜２１は、第２窒化物半導体層５の表面のほぼ全域に形成されている。ゲート絶縁膜２１は、この実施形態では、ＳｉＯ２からなる。ゲート絶縁膜２１は、ＳｉＯ２の他、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＡｌＯＮ、ＨｆＯ、ＨｆＮ、ＨｆＯＮ、ＨｆＳｉＯＮ、ＡｌＯＮ等から構成されてもよい。
ソース電極２４およびドレイン電極２５は、例えば、Ｔｉ膜、ＡｌＳｉＣｕ膜、Ｔｉ膜およびＴｉＮ膜が、下層からその順に積層されたＴｉＮ／ＡｌＳｉＣｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ積層膜から構成されている。
【００４９】
ゲート電極２６は、ゲート絶縁膜２１の表面に接するように形成されている。ゲート電極２６は、ソース電極用コンタクトホール２２寄りに偏って配置されている。ゲート電極２６は、例えば、Ｔｉ膜、ＡｌＳｉＣｕ膜、Ｔｉ膜およびＴｉＮ膜が、下層からその順に積層されたＴｉＮ／ＡｌＳｉＣｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ積層膜から構成されている。
基板２には、その裏面２ｂからその表面２ａ側に窪んだ複数の凹部３１が形成されている。各凹部３１内には、Ｓｉ基板２よりも熱伝導率が高い材料からなる熱伝導体３２が埋め込まれている。この実施形態では、熱伝導体３２は凹部３１内の空間を埋め尽くすように形成されている。熱伝導体３２は、例えばＣｕ（銅）からなる。熱伝導体３２は、Ｃｕの他、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、ＩｎおよびＡｌのうちから任意に選択された一つまたは任意の組み合わせ等から構成されていてもよい。
【００５０】
この実施形態では、凹部３１（熱伝導体３２）は、基板２の裏面２ｂから表面２ａに向かってその横断面が徐々に小さくなる円錐台状である。複数の凹部３１（熱伝導体３２）は、図２に示すように、基板２の裏面２ｂに対する法線方向から見た底面視において、千鳥配列状に配置されている。複数の凹部３１（熱伝導体３２）は、図３に示すように、行列状に配置されていてもよい。図２および図３においては、説明の便宜上、後述する基板２の裏面２ｂ側の熱伝導膜３３（図１２参照）は省略されている。凹部３１は、円柱状であってもよい。
【００５１】
基板２の裏面２ｂには、熱伝導体３２に接するように、熱伝導膜３３が形成されている。熱伝導膜３３は、Ｓｉ基板２よりも熱伝導率が高い材料からなる。熱伝導膜３３は、例えばＴｉ、ＮｉおよびＡｇの積層膜からなる。熱伝導膜３３は、Ｔｉ、ＮｉおよびＡｇの積層膜の他、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、ＩｎおよびＡｌのうちから任意に選択された一つまたは任意の組み合わせ等から構成されていてもよい。
【００５２】
この窒化物半導体装置１Ａでは、第１窒化物半導体層４（電子走行層）上にバンドギャップ（Ａｌ組成）の異なる第２窒化物半導体層５（電子供給層）が形成されてヘテロ接合が形成されている。これにより、第１窒化物半導体層４と第２窒化物半導体層５との界面付近の第１窒化物半導体層４内に二次元電子ガス１５が形成され、この二次元電子ガス１５をチャネルとして利用したＨＥＭＴが形成されている。ゲート電極２６に制御電圧を印可していない状態では、二次元電子ガス１５をチャネルとして、ソース電極２４とドレイン電極２５との間が接続される。したがって、このＨＥＭＴはノーマリーオン型である。ソース電極２４に対してゲート電極２６の電位が負となるような制御電圧をゲート電極２６に印加すると、二次元電子ガス１５が遮断され、ＨＥＭＴがオフ状態となる。
【００５３】
前述の第２実施形態では、基板２には、その裏面２ｂからその表面２ａ側に窪んだ複数の凹部３１が形成されている。そして、各凹部３１内には、Ｓｉ基板２よりも熱伝導率が高い材料からなる熱伝導体３２が埋め込まれている。これにより、装置内部で発生した熱を、Ｓｉ基板２よりも熱伝導率が高い材料からなる熱伝導体３２を経由してＳｉ基板２の裏面側に伝達できるので、装置内部で発生した熱をＳｉ基板２の裏面２ｂから効率よく放熱することが可能となる。
【００５４】
また、前述の第２実施形態では、基板２の裏面２ｂには、Ｓｉ基板２よりも熱伝導率が高い材料からなる熱伝導膜３３が、熱伝導体３２に接するように形成されている。これにより、装置内部で発生した熱を、Ｓｉ基板２の裏面側に形成された熱伝導膜３２まで効率よく伝達できるので、装置内部で発生した熱をＳｉ基板２の裏面２ｂからより効率よく放熱することが可能となる。
【００５５】
第２実施形態においても、図５〜図１１を用いて説明した凹部３１（熱伝導体３１）の各種変形例を、凹部３１（熱伝導体３１）として用いることができる。
図１３は、この発明の第３実施形態に係る窒化物半導体装置の構成を説明するための断面図である。図１３において、前述の図１の各部に対応する部分には図１と同じ符号を付して示す。
【００５６】
窒化物半導体装置１Ｂは、基板２と、基板２の表面２ａに形成されたバッファ層３と、バッファ層３上にエピタキシャル成長された第１窒化物半導体層４と、第１窒化物半導体層４上にエピタキシャル成長された第２窒化物半導体層５とからなる半導体積層構造（窒化物半導体構造）を含む。
さらに、この窒化物半導体装置１Ｂは、第２窒化物半導体層５上に配置された、ソース電極５６、ゲート電極５７、ドレイン電極５８、フローティングプレート５９およびソースフィールドプレート６０をさらに含む。フローティングプレート５９は、ソース電極５６とゲート電極５７との間に配置されている。ソースフィールドプレート６０は、ゲート電極５７とドレイン電極５８との間に配置されている。
【００５７】
窒化物半導体装置１Ｂは、実際には、図１３に図示されているものよりも、図１３の紙面の左右方向に長く形成されており、ソース電極（Ｓ）５６、ゲート電極（Ｇ）５７およびドレイン電極（Ｄ）５８は、図１３の紙面の左右方向にＳＧＤＧＳＧＤの順に周期的に配置されている。
基板２は、例えば、シリコン基板であってもよい。バッファ層３は、基板２の表面２ａに接するＡｌＮ膜と、このＡｌＮ膜の表面（基板２とは反対側の表面）に積層されたＡｌＧａＮ膜との積層膜から構成されている。バッファ層３は、ＡｌＮ膜の単膜またはＡｌＧａＮの単膜から構成されていてもよい。
【００５８】
第１窒化物半導体層４は、電子走行層を構成している。第２窒化物半導体層５は、電子供給層を構成している。第１窒化物半導体層４および第２窒化物半導体層５は、互いにＡｌ組成の異なる窒化物半導体からなる。この実施形態では、第１窒化物半導体層４は、ＧａＮ層からなる。第２窒化物半導体層５は、第１窒化物半導体層４よりもＡｌ組成の高い窒化物半導体からなっている。この実施形態では、第２窒化物半導体層５は、ＡｌＮ層からなる。
【００５９】
このように第１窒化物半導体層４（電子走行層）と第２窒化物半導体層５（電子供給層）とは、Ａｌ組成の異なる窒化物半導体からなっており、それらの間には格子不整合が生じている。そして、第１窒化物半導体層４および第２窒化物半導体層５の自発分極ならびにそれらの間の格子不整合に起因するピエゾ分極によって、第１窒化物半導体層４および第２窒化物半導体層５との界面における第１窒化物半導体層４の伝導帯のエネルギーレベルはフェルミ準位よりも低くなる。これにより、第１窒化物半導体層４と第２窒化物半導体層５との界面に近い位置（たとえば界面から数Å程度の距離）には、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）１５が広がっている。
【００６０】
第２窒化物半導体層５には、その表面から第１窒化物半導体層４に至るように、酸化膜６２が選択的に形成されている。酸化膜６２は、第２窒化物半導体層５とほぼ等しい膜厚を有している。酸化膜６２は、たとえば熱酸化膜である。第２窒化物半導体層５がＡｌＮ層である場合、酸化膜６２は、ＡｌＯＮ膜からなっていてもよい。
窒化物半導体装置１Ｂは、第２窒化物半導体層５上に形成された、パッシベーション膜６３および絶縁層６４をさらに含む。パッシベーション膜６３は、ＳｉＮ膜からなる。この実施形態では、パッシベーション膜６３は、第２窒化物半導体層５の酸化保護膜としての機能の他、第２窒化物半導体層５の分極を弱める機能を有している。
【００６１】
絶縁層６４は、パッシベーション膜６３を覆っており、第１層６５および第１層６５上の第２層６６を含む。たとえば、第１層６５および第２層６６は、共にＳｉＯ２膜からなっていてもよい。
第１層６５およびパッシベーション膜６３には、第２窒化物半導体層５（酸化膜６２）に達するゲート開口部６７が形成されている。ゲート開口部６７は、第１層６５に形成された第１開口部６７ａと、パッシベーション膜６３に形成され、第１開口部６７ａに連通する第２開口部６７ｂとを含む。第１ゲート開口部６７の底部には、酸化膜６２が露出している。ゲート開口部６７の底部および側部を覆うようにゲート絶縁膜６８が形成されている。ゲート絶縁膜６８は、ゲート開口部６７内に加えて、第１層６５と第２層６６との間にも形成されている。たとえば、ゲート絶縁膜６８は、構成元素としてＳｉ、ＡｌおよびＨｆからなる群から選択される少なくとも一種の材料膜からなっていてもよい。具体的には、ゲート絶縁膜６８は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＡｌＯＮ、ＨｆＳｉＯおよびＨｆＯ２等からなる群から選択される少なくとも一種の材料膜からなっていてもよい。これらのうち、好ましくは、Ａｌ２Ｏ３膜が挙げられる。
【００６２】
ゲート開口部６７内にはゲート電極５７が埋め込まれている。この実施形態では、ゲート電極５７は、ゲート開口部６７の周縁でゲート絶縁膜６８上に形成されたオーバーラップ部５７ａを含んでいる。たとえば、ゲート電極５７は、Ｍｏ、Ｎｉ等の金属電極からなっていてもよいし、ドープトポリシリコン等の半導体電極からなっていてもよい。
フローティングプレート５９およびソースフィールドプレート６０は、ゲート開口部６７の側部を部分的に形成するように、ゲート電極５７の側方に配置されている。具体的には、フローティングプレート５９およびソースフィールドプレート６０は、ゲート開口部６７の側部の下側で露出するように、パッシベーション膜６３上に形成されている。つまり、ゲート開口部６７の側部は、下側がフローティングプレート５９およびソースフィールドプレート６０で形成され、上側が絶縁層６４（第１層６５）で形成されることによって、導電層／絶縁層の積層界面を有している。ソースフィールドプレート６０は、ソース電極５６に電気的に接続されている。ソースフィールドプレート６０は、よく知られているように、ゲート電極５７の端部への電界集中を緩和するために設けられている。
【００６３】
フローティングプレート５９およびソースフィールドプレート６０に接するように、第１開口部６７ａの側部に絶縁性のサイドウォール６９が形成されている。つまり、サイドウォール６９は、第１開口部６７ａの側部とゲート絶縁膜６８との間に配置されている。たとえば、サイドウォール６９は、ＳｉＯ２、ＳｉＮおよびＳｉＯＮからなる群から選択される少なくとも一種の材料膜からなっていてもよい。これらのうち、好ましくは、ＳｉＯ２膜が挙げられる。
【００６４】
フローティングプレート５９およびソースフィールドプレート６０は、サイドウォール６９およびゲート絶縁膜６８によって、ゲート電極５７から絶縁されている。フローティングプレート５９およびソースフィールドプレート６０は、Ｍｏ膜からなっていてもよい。
絶縁層６４およびパッシベーション膜６３には、第２窒化物半導体層５に達する、ソース電極用コンタクト孔７０およびドレイン電極用コンタクト孔７１が形成されている。ソース電極用コンタクト孔７０およびドレイン電極用コンタクト孔７１は、ゲート開口部６７から横方向に離れた位置に形成されている。ソース電極用コンタクト孔７０およびドレイン電極用コンタクト孔７１には、それぞれ、ソース電極５６およびドレイン電極５８が埋め込まれている。ソース電極５６およびドレイン電極５８は、それぞれ、ソース電極用コンタクト孔７０およびドレイン電極用コンタクト孔７１内で、第２窒化物半導体層５に電気的に接続されている。
【００６５】
基板２には、その裏面２ｂからその表面２ａ側に窪んだ複数の凹部３１が形成されている。各凹部３１内には、Ｓｉ基板２よりも熱伝導率が高い材料からなる熱伝導体３２が埋め込まれている。この実施形態では、熱伝導体３２は凹部３１内の空間を埋め尽くすように形成されている。熱伝導体３２は、例えばＣｕ（銅）からなる。熱伝導体３２は、Ｃｕの他、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、ＩｎおよびＡｌのうちから任意に選択された一つまたは任意の組み合わせ等から構成されていてもよい。
【００６６】
この実施形態では、凹部３１（熱伝導体３２）は、基板２の裏面２ｂから表面２ａに向かってその横断面が徐々に小さくなる円錐台状である。複数の凹部３１（熱伝導体３２）は、図２に示すように、基板２の裏面２ｂに対する法線方向から見た底面視において、千鳥配列状に配置されている。複数の凹部３１（熱伝導体３２）は、図３に示すように、行列状に配置されていてもよい。図２および図３においては、説明の便宜上、後述する基板２の裏面２ｂ側の熱伝導膜３３（図１３参照）は省略されている。凹部３１は、円柱状であってもよい。
【００６７】
基板２の裏面２ｂには、熱伝導体３２に接するように、熱伝導膜３３が形成されている。熱伝導膜３３は、Ｓｉ基板２よりも熱伝導率が高い材料からなる。熱伝導膜３３は、例えばＴｉ、ＮｉおよびＡｇの積層膜からなる。熱伝導膜３３は、Ｔｉ、ＮｉおよびＡｇの積層膜の他、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、ＩｎおよびＡｌのうちから任意に選択された一つまたは任意の組み合わせ等から構成されていてもよい。
【００６８】
この窒化物半導体装置１Ｂでは、第１窒化物半導体層４上にＡｌ組成の異なる第２窒化物半導体層５が形成されてヘテロ接合が形成されている。これにより、第１窒化物半導体層４と第２窒化物半導体層５との界面付近の第１窒化物半導体層４内に二次元電子ガス１５が形成され、この二次元電子ガス１５をチャネルとして利用したＨＥＭＴが形成されている。
【００６９】
ゲート電極５７は、酸化膜６２およびゲート絶縁膜６８の積層膜を挟んで第１窒化物半導体層４に対向しており、ゲート電極５７の直下には、第２窒化物半導体層５は存在しない。したがって、ゲート電極５７の直下では、第１窒化物半導体層４と第２窒化物半導体層５との格子不整合による分極に起因する二次元電子ガス１５が形成されない。よって、ゲート電極５７にバイアスを印加していないとき（ゼロバイアス時）には、二次元電子ガス１５によるチャネルはゲート電極５７の直下で遮断されている。こうして、ノーマリーオフ型のＨＥＭＴが実現されている。ゲート電極５７に適切なオン電圧（たとえば５Ｖ）を印加すると、ゲート電極５７の直下の第１窒化物半導体層４内にチャネルが誘起され、ゲート電極５７の両側の二次元電子ガス１５が接続される。これにより、ソース−ドレイン間が導通する。
【００７０】
使用に際しては、たとえば、ソース電極５６とドレイン電極５８との間に、ドレイン電極５８側が正となる所定の電圧（たとえば２００Ｖ〜４００Ｖ）が印加される。その状態で、ゲート電極５７に対して、ソース電極５６を基準電位（０Ｖ）として、オフ電圧（０Ｖ）またはオン電圧（５Ｖ）が印加される。
前述の第３実施形態では、基板２には、その裏面２ｂからその表面２ａ側に窪んだ複数の凹部３１が形成されている。そして、各凹部３１内には、Ｓｉ基板２よりも熱伝導率が高い材料からなる熱伝導体３２が埋め込まれている。これにより、装置内部で発生した熱を、Ｓｉ基板２よりも熱伝導率が高い材料からなる熱伝導体３２を経由してＳｉ基板２の裏面側に伝達できるので、装置内部で発生した熱をＳｉ基板２の裏面２ｂから効率よく放熱することが可能となる。
【００７１】
また、前述の第３実施形態では、基板２の裏面２ｂには、Ｓｉ基板２よりも熱伝導率が高い材料からなる熱伝導膜３３が、熱伝導体３２に接するように形成されている。これにより、装置内部で発生した熱を、Ｓｉ基板２の裏面側に形成された熱伝導膜３２まで効率よく伝達できるので、装置内部で発生した熱をＳｉ基板２の裏面２ｂからより効率よく放熱することが可能となる。
【００７２】
第３実施形態においても、図５〜図１１を用いて説明した凹部３１（熱伝導体３１）の各種変形例を、凹部３１（熱伝導体３１）として用いることができる。
以上、この発明の第１および第２実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の第１および第２実施形態では、第１窒化物半導体層（電子走行層）４がＧａＮ層からなり、第２窒化物半導体層（電子供給層）５がＡｌＧａＮ層からなる例について説明したが、第１窒化物半導体層４と第２窒化物半導体層５とはバンドギャップ（例えばＡｌ組成）が異なっていればよく、他の組み合わせも可能である。たとえば、第１窒化物半導体層４／第２窒化物半導体層５の組み合わせとしては、ＧａＮ／ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ／ＡｌＮなどを例示できる。
【００７３】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１，１Ａ  窒化物半導体装置
２  基板
３  バッファ層
４  第１窒化物半導体層
５  第２窒化物半導体層
２０  ゲート部
６  窒化物半導体ゲート層
７，２６，５７  ゲート電極
８  パッシベーション膜
９  バリアメタル膜
１０，２２，７０  ソース電極用コンタクト孔
１１，２３，７１  ドレイン電極用コンタクト孔
１２，２４，５６  ソース電極
１３，２５，５８  ドレイン電極
１５  二次元電子ガス
２０  ゲート部
３１  凹部
３１Ａ  第１凹部
３１Ｂ  第２凹部
３２  熱伝導体
３２Ａ  第１熱伝導体
３２Ｂ  第２熱伝導体
３３  熱伝導膜
４１  ゲート層材料膜
４２  ゲート電極膜
４３  レジスト膜
４４  ソース・ドレイン電極膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図４Ｉ】
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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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