(57)【要約】【課題】２次元電子ガスが発生する活性領域と２次元電子ガスが発生しない領域との境界部の近傍における電界強度を緩和させて耐電圧を向上すること。【解決手段】基板１１上に、バッファ層１２、電子走行層１３、および電子走行層１３より大きいバンドギャップのＡｌxＧａ1-xＮからなる電子供給層１４と、２ＤＥＧが発生する２ＤＥＧ層Ａ，ａにより規定される活性領域と隣接して設けられる２ＤＥＧが生じないリセス部１３ａと、互いに離間するゲート電極１６Ｇ、ソース電極１６Ｓ、およびドレイン電極１６Ｄと、２ＤＥＧ層Ａ，ａとリセス部１３ａとの境界部近傍における電子供給層１４上に、２ＤＥＧのキャリア濃度を素子分離領域側に低減するように変調させるキャリア濃度変調領域を規定する２ＤＥＧ濃度変調層１５を設け、リセス部１３ａ端部の近傍における２ＤＥＧ層ａにおけるキャリア濃度を低減する。【選択図】図２
2015119028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体上に設けられ２次元電子ガスが発生する窒化物半導体からなる第１半導体層、および前記第１半導体層の上層に設けられ前記第１半導体層のバンドギャップより大きいバンドギャップの窒化物半導体からなる第２半導体層を少なくとも含む半導体積層体と、
前記２次元電子ガスが発生する活性領域に隣接して設けられ、２次元電子ガスが生じないキャリア非発生領域と、
前記半導体積層体を構成する半導体層のうちの少なくとも一部の半導体層の上に設けられる第１電極と、
前記半導体積層体を構成する半導体層のうちの少なくとも一部の半導体層の上に、前記第１電極と離間して設けられる第２電極と、
前記活性領域と前記キャリア非発生領域との境界部に、前記活性領域における２次元電子ガスのキャリア濃度を低減するように変調させるキャリア濃度変調領域が設けられている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記キャリア濃度変調領域において、前記活性領域と前記キャリア非発生領域との境界部から前記活性領域の内側に向かって１００ｎｍ以内の範囲におけるキャリア濃度が、前記キャリア非発生領域におけるキャリア濃度の１０００倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記キャリア濃度変調領域が、シリコンに対してバンドギャップが大きく、前記第２半導体層に対してバンドギャップが小さい材料からなるキャリア濃度変調層により形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記キャリア濃度変調領域が、アンドープの窒化ガリウムまたはｐ型不純物がドープされた窒化ガリウムからなるキャリア濃度変調層により形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記キャリア濃度変調層が、前記活性領域と前記キャリア非発生領域との境界部から前記活性領域の内側に向かう方向に沿って、膜厚が減少するように構成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記キャリア濃度変調層が、前記活性領域と前記キャリア非発生領域との境界部から前記活性領域の内側に向かう方向に沿って、膜厚が連続的に減少するように傾斜したテーパ状に構成されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２半導体層の上層の領域における前記キャリア濃度変調層の最大の膜厚が、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記キャリア濃度変調領域が、前記第２半導体層の膜厚を０ｎｍより大きく前記第２半導体層の最大の膜厚未満にした領域から形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記キャリア濃度変調領域における前記第２半導体層が、前記活性領域と前記キャリア非発生領域との境界部から前記活性領域の内側に向かう方向に沿って膜厚が連続的に増加するように傾斜したテーパ状に構成されていることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記キャリア濃度変調領域における前記第２半導体層の膜厚が、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８または９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記半導体積層体を構成する層のうちの少なくとも一部の層の上に、前記第１電極および前記第２電極と離間して設けられた第３電極をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の半導体装置の構成を有し、
前記第１電極がゲート電極、前記第２電極がドレイン電極、および前記第３電極がソース電極である
ことを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項１３】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置の構成を有し、
前記第１電極がアノード電極、および前記第２電極がカソード電極である
ことを特徴とするダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、電界効果トランジスタ、およびダイオードに関し、特に基板上に複数の半導体素子が形成された半導体装置、ダイオード、および電界効果トランジスタに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
ワイドバンドギャップ半導体は、高い絶縁破壊耐圧、良好な電子輸送特性、良好な熱伝導度を有することから、高温環境用、大パワー用、あるいは高周波用半導体デバイスの材料として非常に魅力的である。代表的なワイドバンドギャップ半導体として、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＢＮまたはこれらのうち２以上の混晶である窒化物半導体がある。また、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合構造を有する電界効果トランジスタ（Field  Effect  Transistor：ＦＥＴ）やショットキーバリアダイオード（Schottky  Barrier  Diode）は、ピエゾ分極および自発分極によって、ヘテロ接合界面に２次元電子ガス（2  Dimensional  Electron  Gas：２ＤＥＧ）が発生している。この２ＤＥＧは、高い電子移動度とキャリア濃度を有している。
【０００３】
また、窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタとしては、窒化ガリウム系化合物半導体で構成されるＧａＮ系高移動度電界効果トランジスタ（ＨＥＭＴ：High  Electron  Mobility  Transistor）が知られている（特許文献１）。このＧａＮ系ＨＥＭＴは、基板の上層に電子走行層および電子供給層を順次積層させ、電子供給層上に電極が設けられて構成される。ＧａＮ系ＨＥＭＴのようなＧａＮ系半導体素子は横型素子であることから、複数のＧａＮ系半導体素子におけるそれぞれの素子のゲート、ソース、およびドレインを連結することによって大型素子を構成できる。このような大型素子を製造する場合には、シリコン（Ｓｉ）基板、ＳｉＣ基板又はサファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板上にＧａＮ系半導体層を形成することが多い。
【０００４】
ところが、基板上に半導体素子を複数設けて、高耐圧で大電流の大型素子を製造しようとすると、リーク電流が大きくなって大型素子の耐圧が低下し、大型素子に高い電圧を印加できないという問題があった。そこで、特許文献２において、ＧａＮ系半導体デバイスにおけるキャリア濃度の高いキャリア領域を複数のキャリア領域に分離する、いわゆるメサ構造の素子分離領域を設ける構成が提案されている。この特許文献２に記載されたメサ構造は、チャネル層および電子供給層が基板に達するまでエッチング除去されてなる第１メサ構造と、電子供給層がチャネル層に達するまでエッチング除去されてなる第２メサ構造とから構成され、半導体動作層を絶縁分離する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１７３５８２号公報
【特許文献２】特開２００８−２３５７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本発明者がＧａＮ系ＨＥＭＴなどの窒化物半導体装置において素子分離領域を形成して種々実験を行ったところ、２ＤＥＧが発生している活性領域と素子分離領域との境界付近において耐電圧の低下が生じることを知見するに至った。この部分で耐電圧が低下すると、半導体装置自体の耐電圧が低下する。そこで、本発明者は、さらに検討を行い、この活性領域の素子分離領域との境界付近における耐電圧の低下は、境界近傍における２ＤＥＧのキャリア濃度の変化が非常に急峻になって電界強度が強くなることに起因することを見出した。これにより、この２ＤＥＧが発生しない素子分離領域と２ＤＥＧが発生している活性領域との境界付近において、電界強度を緩和させる技術の開発が必要であることが見出された。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、２次元電子ガスが発生する活性領域と２次元電子ガスが発生しない領域との境界部の近傍における電界強度を緩和させて耐電圧を向上することができる半導体装置、電界効果トランジスタ、およびダイオードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、基体と、基体上に設けられ２次元電子ガスが発生する窒化物半導体からなる第１半導体層、および第１半導体層の上層に設けられ第１半導体層のバンドギャップより大きいバンドギャップの窒化物半導体からなる第２半導体層を少なくとも含む半導体積層体と、２次元電子ガスが発生する活性領域に隣接して設けられ、２次元電子ガスが生じないキャリア非発生領域と、半導体積層体を構成する半導体層のうちの少なくとも一部の半導体層の上に設けられる第１電極と、半導体積層体を構成する半導体層のうちの少なくとも一部の半導体層の上に、第１電極と離間して設けられる第２電極と、活性領域とキャリア非発生領域との境界部に、活性領域における２次元電子ガスのキャリア濃度を低減するように変調させるキャリア濃度変調領域が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、キャリア濃度変調領域において、活性領域とキャリア非発生領域との境界部から活性領域の内側に向かって１００ｎｍ以内の範囲におけるキャリア濃度が、キャリア非発生領域におけるキャリア濃度の１０００倍以下であることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、キャリア濃度変調領域が、シリコンに対してバンドギャップが大きく、第２半導体層に対してバンドギャップが小さい材料からなるキャリア濃度変調層により形成されることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、キャリア濃度変調領域が、アンドープの窒化ガリウムまたはｐ型不純物がドープされた窒化ガリウムからなるキャリア濃度変調層により形成されることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、キャリア濃度変調層が、活性領域とキャリア非発生領域との境界部から活性領域の内側に向かう方向に沿って、膜厚が減少するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、キャリア濃度変調層が、活性領域と２次元電子ガス非発生領域との境界部から活性領域の内側に向かう方向に沿って、膜厚が連続的に減少するように傾斜したテーパ状に構成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、第２半導体層の上層の領域におけるキャリア濃度変調層の最大の膜厚が、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、キャリア濃度変調領域が、第２半導体層の膜厚を、０ｎｍより大きく第２半導体層の最大の膜厚未満にした領域から形成されることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、キャリア濃度変調領域における第２半導体層が、活性領域とキャリア非発生領域との境界部から活性領域の内側に向かう方向に沿って膜厚が連続的に増加するように傾斜したテーパ状に構成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、キャリア濃度変調領域における第２半導体層の膜厚が、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、半導体積層体を構成する層のうちの少なくとも一部の層の上に、第１電極および第２電極と離間して設けられた第３電極をさらに備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る電界効果トランジスタは、上記の発明による半導体装置の構成を有し、第１電極がゲート電極、第２電極がドレイン電極、および第３電極がソース電極であることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係るダイオードは、上記の発明による半導体装置の構成を有し、第１電極がアノード電極、および第２電極がカソード電極であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る半導体装置、電界効果トランジスタ、およびダイオードによれば、２次元電子ガスが発生する活性領域と２次元電子ガスが発生しない領域との境界部の近傍における電界強度を緩和させて耐電圧を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、実施の形態１による半導体装置としてのＨＥＭＴを上方から俯瞰した模式的な平面図である。
【図２】図２は、図１に示す半導体装置としてのＨＥＭＴのＩＩ−ＩＩ線に沿った模式的な断面図である。
【図３】図３は、実施の形態１による半導体装置および比較例としての従来の半導体装置における２ＤＥＧ層のキャリア濃度の幅方向に沿った分布を示すグラフである。
【図４】図４は、実施の形態２による半導体装置としてのＨＥＭＴの模式的な断面図である。
【図５】図５は、実施の形態２による半導体装置および比較例としての従来の半導体装置における２ＤＥＧ層のキャリア濃度の幅方向に沿った分布を示すグラフである。
【図６】図６は、実施の形態３による半導体装置としてのＨＥＭＴの模式的な断面図である。
【図７】図７は、実施の形態４による半導体装置としてのＨＥＭＴの模式的な断面図である。
【図８】図８は、実施の形態５による半導体装置としてのＨＥＭＴを上方から俯瞰した模式的な平面図である。
【図９】図９は、図８に示す半導体装置としてのＨＥＭＴのＩＸ−ＩＸ線に沿った模式的な断面図である。
【図１０】図１０は、実施の形態６による半導体装置としてのＨＥＭＴの模式的な断面図である。
【図１１】図１１は、実施の形態７による半導体装置としてのＳＢＤを上方から俯瞰した模式的な平面図である。
【図１２】図１２は、図１１に示す半導体装置としてのＳＢＤのＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った模式的な断面図である。
【図１３】図１３は、実施の形態８による半導体装置としてのＳＢＤの模式的な断面図である。
【図１４】図１４は、従来技術による半導体装置としてのＨＥＭＴの模式的な断面図である。
【図１５】図１５は、従来技術による半導体装置としてのＨＥＭＴの模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複した説明を適宜省略する。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、以下の実施の形態の説明に用いる「上」、「上方」または「上部」、ならびに「下」、「下方」または「下部」はそれぞれ、半導体装置の基板の主面から遠ざかる向き、ならびに基板の主面に近づく向きを示し、半導体装置の実装状態における上下方向とは必ずしも一致しない点にも留意する必要がある。
【００２４】
まず、本発明の実施の形態について説明するにあたり、本発明の理解を容易にするために、上述した課題を解決すべく本発明者が行った鋭意検討について説明する。まず、本発明者が鋭意検討を行う対象となった従来の窒化物半導体装置について説明する。図１４および図１５は、従来の窒化物半導体装置としてのＨＥＭＴを示す模式的な断面図である。
【００２５】
すなわち、図１４に示すように、従来例の窒化物半導体装置であるＨＥＭＴ１００は、基板１０１上に、バッファ層１０２、電子走行層１０３、および電子供給層１０４が順次積層されて構成されている。電子走行層１０３は、アンドープの窒化ガリウム（ｕ−ＧａＮ）から構成される。電子供給層１０４は、ＩＩＩ族窒化物半導体であるＡｌＧａＮから構成される。また、電子走行層１０３の電子供給層１０４との界面には２次元電子ガス（２ＤＥＧ）の層である２ＤＥＧ層Ａが発生する。さらに、電子供給層１０４上に選択的に、互いに離間したソース電極１０６Ｓ、ゲート電極１０６Ｇ、およびドレイン電極１０６Ｄが設けられている。また、このＨＥＭＴ１００において、ゲート電極１０６Ｇに対してソース電極１０６Ｓおよびドレイン電極１０６Ｄのさらに外側の領域に、リセス部１０３ａが形成されている。リセス部１０３ａは、電子走行層１０３の上部および電子供給層１０４が選択的にエッチング除去されて構成され、隣接する他の半導体装置と絶縁分離するための素子分離領域として機能する。そして、リセス部１０３ａおよび電子供給層１０４の表面を覆うようにして、絶縁膜１０５が設けられている。
【００２６】
また、図１５に示すように、他の従来例の窒化物半導体装置であるＨＥＭＴ２００は、ＨＥＭＴ１００におけるリセス部１０３ａの代わりに、２ＤＥＧが発生しない２ＤＥＧ非発生領域２０１が設けられている。この２ＤＥＧ非発生領域２０１は、電子走行層１０３の上部および電子供給層１０４に対して選択的に、アルゴン（Ａｒ）や窒素（Ｎ）などをイオン注入することによって形成され、他の半導体装置と絶縁分離するための素子分離領域として機能する。また、絶縁膜２０２が２ＤＥＧ非発生領域２０１および電子供給層１０４の表面を覆うように設けられる。
【００２７】
以上のように構成されたＨＥＭＴ１００，２００に対して、本発明者は、逆方向動作状態の電圧を印加した状態で、エミッション顕微鏡（ＰＥＭ：Photo  Emission  Microscopy）による観察を行った。その結果、本発明者は、２ＤＥＧ層Ａから構成される活性領域と２ＤＥＧが発生しない素子分離領域との境界付近において、発光が生じることを確認した。この発光は、電界強度が強くなって電界集中が発生したことを示唆するものである。このような電界集中が発生すると、ＨＥＭＴ１００，２００などの窒化物半導体装置に対して、使用時の印加電圧に比して極めて高い電圧を印加すると、半導体装置が破壊する可能性が生じる。
【００２８】
以上の実験および観察から、本発明者は、従来の耐圧を向上させるための検討対象として、ソース電極１０６Ｓとドレイン電極１０６Ｄとの間などのいわゆるＨＥＭＴ１００，２００の動作部分にのみ着目していた点を見直した。すなわち、本発明者は、半導体装置の耐圧を向上させるには、その動作部分のみならず活性領域と素子分離領域との境界付近（活性分離境界部）の近傍における耐圧の向上が必要であることを想起するに至った。
【００２９】
そして本発明者は、さらなる実験および検討を行い、活性分離境界部における電界集中が、この活性分離境界部における２ＤＥＧのキャリア濃度（２ＤＥＧ濃度）の変化が急峻であることに起因することを知見するに至った。本発明者は、このような知見に基づいて、活性分離境界部におけるキャリア濃度の変化が急峻にならないように、活性分離境界部における電界強度の緩和方法についてさらなる検討を行い、種々の方法を案出するに至った。以下に説明する各実施の形態は、以上の検討に基づいて案出されたものである。
【００３０】
（実施の形態１）
次に、本発明の実施の形態１による窒化物半導体装置である電界効果トランジスタとしてのＨＥＭＴについて説明する。図１は、この実施の形態１によるＨＥＭＴ１を上方から俯瞰した平面図である。また、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿ったＨＥＭＴ１の模式的な断面図である。
【００３１】
図１に示すように、実施の形態１によるＨＥＭＴ１は、ソース電極１６Ｓ、ドレイン電極１６Ｄ、およびゲート電極１６Ｇが、活性領域としての２ＤＥＧ層Ａ，ａ上に平面状に互いに平行になる部分を有して設けられている。すなわち、ゲート電極１６Ｇ、ドレイン電極１６Ｄ、およびソース電極１６Ｓはそれぞれ、細長いフィンガー形状の部分（フィンガー電極）を有する。ＨＥＭＴ１の平面内におけるフィンガー電極の配置は、フィンガー電極の長手方向に対して直角な方向（幅方向）に沿って、ソース電極１６Ｓとドレイン電極１６Ｄとの間にゲート電極１６Ｇが配置されている。また、これらのゲート電極１６Ｇ、ドレイン電極１６Ｄ、およびソース電極１６Ｓはそれぞれ、外部に電流を取り出すために、互いに略同一平面上に位置するゲートパッド１０Ｇ、ドレインパッド１０Ｄ、およびソースパッド１０Ｓに接続されている。さらに、２ＤＥＧの発生により規定される活性領域と活性領域の外側との境界部分（活性分離境界部）の内側近傍に、２ＤＥＧのキャリア濃度を変調させるための、２ＤＥＧ濃度変調層１５がガードリング状に設けられている。これにより、活性領域を規定する２ＤＥＧ層として、詳細は後述するが、所定のキャリア濃度の２ＤＥＧ層Ａと、２ＤＥＧ層Ａに対してキャリア濃度が変調された２ＤＥＧ層ａとが生じる。
【００３２】
また、図２に示すように、実施の形態１によるＨＥＭＴ１は、基板１１上に、バッファ層１２、電子走行層１３、および電子供給層１４が順次積層されている。また、電子走行層１３の上部と電子供給層１４とが選択的に除去されて、リセス部１３ａが形成されている。このリセス部１３ａは、２ＤＥＧが発生せず、その下層の電子走行層１３の部分におけるキャリア濃度も極めて低いキャリア非発生領域となる。そのため、リセス部１３ａは、ＨＥＭＴ１と隣接する他の半導体装置との間を絶縁分離させるための素子分離領域として機能する。このリセス部１３ａによって、電子走行層１３と電子供給層１４との界面に生じる２ＤＥＧからなる活性領域としての２ＤＥＧ層Ａ，ａが規定される。
【００３３】
また、電子供給層１４の上層に選択的に、第１電極としてのゲート電極１６Ｇ、第２電極としてのドレイン電極１６Ｄ、および第３電極としてのソース電極１６Ｓが相互に離間して設けられている。なお、電子供給層１４の表面にさらに、たとえばＡｌＧａＮからなるエッチング犠牲層（図示せず）を設けても良い。
【００３４】
また、電子供給層１４上における、リセス部１３ａ端部（活性分離境界部）から活性領域の内側に向かう部分に選択的に、２ＤＥＧ濃度変調層１５が設けられている。さらに、絶縁膜１７が、リセス部１３ａ、電子供給層１４の表面、および２ＤＥＧ濃度変調層１５を覆うように設けられている。
【００３５】
基板１１は、たとえばシリコン（Ｓｉ）基板、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板、ガリウムリン（ＧａＰ）基板、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板、炭素（Ｃ）基板、またはサファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板などからなる。バッファ層１２は、たとえばＧａＮ層やＡｌＮ層などからなる。なお、必要に応じて、バッファ層１２に不純物を添加して絶縁化させても良く、半導体装置の構成に要する種々の層をさらに設けても良い。そして、これらの基板１１、バッファ層１２、および必要に応じたその他の層により基体が構成される。
【００３６】
第１半導体層としての電子走行層１３は、たとえばアンドープのＧａＮ（ｕ−ＧａＮ）からなるが、ＧａＮ以外の材料を用いても良い。
【００３７】
第２半導体層としての電子供給層１４は、たとえばＡｌ組成比ｘのＡｌxＧａ1-xＮ層から構成される。なお、電子供給層１４を、たとえばＡｌＮおよびＧａＮや、少なくとも２種類の異なるＡｌ組成比のＡｌＧａＮなどの、Ａｌ組成比が異なってバンドギャップが異なる複数種類の窒化物半導体層を複数積層した超格子層からなる擬似混晶構造としても良い。この場合、電子供給層１４内に２ＤＥＧが発生しないように膜厚やＡｌ組成比を調整して形成するのが好ましい。また、電子供給層１４を超格子層からなる擬似混晶構造とする場合のバンドギャップは平均のバンドギャップであり、具体的には積層構造を構成する各半導体層の膜厚比によって重み付け（積分）をしたバンドギャップの値である。
【００３８】
そして、電子供給層１４は、そのバンドギャップが、電子走行層１３のバンドギャップよりも大きくなるように構成されている。これらの電子走行層１３および電子供給層１４によって半導体積層体が構成される。そして、半導体積層体の内部においてヘテロ接合している電子走行層１３と電子供給層１４との界面には、２ＤＥＧ層Ａが生じる。また、電子供給層１４の膜厚は、２ＤＥＧ層Ａの２ＤＥＧ濃度を増加させることを考慮すると、１０ｎｍ以上にするのが好ましく、ミスフィット転位が生じない臨界膜厚以下にしつつオーミックコンタクトの限界を考慮すると、１００ｎｍ以下、好適には５０ｎｍ以下、より好適には３０ｎｍ以下にするのが好ましい。
【００３９】
電子供給層１４上には選択的に、第２電極としてのドレイン電極１６Ｄおよび第３電極としてのソース電極１６Ｓが互いに離間して設けられている。ドレイン電極１６Ｄおよびソース電極１６Ｓは、たとえば下部電極層がＴｉ層で上部電極層がＭｏ層（以下、Ｔｉ／Ｍｏ）からなる積層構造を有し、電子供給層１４の上に形成されるオーミック電極として機能する。これにより、ドレイン電極１６Ｄおよびソース電極１６Ｓは、電子供給層１４を介して電子走行層１３に発生する２ＤＥＧ層Ａとオーミック接触する。
【００４０】
また、ソース電極１６Ｓとドレイン電極１６Ｄとの間のゲートの形成領域には、たとえばＮｉ／Ａｕの積層構造を有する第１電極としてのゲート電極１６Ｇが設けられている。これにより、ゲート電極１６Ｇは、電子供給層１４を介して電子走行層１３に発生する２ＤＥＧ層Ａとショットキー接触する。なお、ゲート電極１６Ｇの下層で、電子供給層１４との間にゲート絶縁膜を設けても良い。
【００４１】
また、絶縁膜１７は、たとえばＳｉＯ2などの絶縁材料から構成される。絶縁膜１７は、主に、リセス部１３ａ、電子供給層１４、および２ＤＥＧ濃度変調層１５の表面を保護する。なお、絶縁膜１７は、ＳｉＯ2以外の材料、具体的には窒化シリコン（ＳｉＮx）やアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などから構成しても良く、複数種類の材料を適宜組み合せたり、順次積層させたりして構成しても良い。
【００４２】
また、キャリア濃度変調領域を構成するキャリア濃度変調層としての２ＤＥＧ濃度変調層１５は、電子供給層１４上において、活性分離境界部から活性領域の内側近傍の部分にガードリング状に設けられる。このガードリング状の２ＤＥＧ濃度変調層１５は、電子走行層１３に生じる２ＤＥＧ層Ａのキャリア濃度（２ＤＥＧ濃度）を局所的に低減するように変調させる。そのため、２ＤＥＧ濃度変調層１５は、電子供給層１４のバンドギャップより小さい半導体材料、具体的にはたとえばアンドープＧａＮ（ｕ−ＧａＮ）からなる。なお、２ＤＥＧ濃度変調層１５を構成する材料としては、ｕ−ＧａＮ以外にも、ｐ型不純物がドープされたＧａＮ（ｐ型ＧａＮ）を用いてもよく、ＳｉＣなどの、Ｓｉよりもバンドギャップが大きい、いわゆるワイドバンドギャップ半導体材料であって、電子供給層１４のバンドギャップに対してバンドギャップが比較的小さい種々の材料を用いることが可能である。この２ＤＥＧ濃度変調層１５によって、キャリア濃度変調領域の下層の電子走行層１３内における２ＤＥＧのキャリア濃度が低減されて、２ＤＥＧ層Ａよりキャリア濃度が低い２ＤＥＧ層ａが形成される。また、２ＤＥＧ層ａの２ＤＥＧ濃度は、２ＤＥＧ濃度変調層１５の膜厚が大きいほど低下する。そのため、この実施の形態１においては、２ＤＥＧ濃度変調層１５の膜厚は、ＨＥＭＴ１における活性分離境界部の高耐圧化の観点から２ＤＥＧ層ａの好適なキャリア濃度の範囲に基づいて、決定されるが、その詳細については後述する。
【００４３】
図３は、以上のように構成された実施の形態１によるＨＥＭＴ１と、比較例としての上述した従来技術によるＨＥＭＴ１００とにおける、ソース電極、ゲート電極、およびドレイン電極の幅方向に沿った、２ＤＥＧのキャリア濃度分布を示すグラフである。なお、図３において、実施の形態１によるキャリア濃度分布を実線、比較例によるキャリア濃度分布を点線とし、下部の符号Ａ，ａはＨＥＭＴ１における２ＤＥＧ層Ａ，ａの領域を示す。また、以下の図中における１．０Ｅ＋αは、１．０×１０αを示す。
【００４４】
図３に示すように、実施の形態１によるＨＥＭＴ１および比較例によるＨＥＭＴ１００のそれぞれにおいて、リセス部１３ａ，１０３ａでのキャリア濃度はいずれも、１．０×１０13ｃｍ-3以上５．０×１０15ｃｍ-3未満の２．０×１０15ｃｍ-3程度である。また、ＨＥＭＴ１，１００のオン抵抗を低減する観点からは、電子供給層１４，１０４を構成するＡｌxＧａ1-xＮの平均Ａｌ組成比ｘやその膜厚を調整して、２ＤＥＧ層Ａにおけるキャリア濃度が５．０×１０１8ｃｍ-3以上１．０×１０20ｃｍ-3以下になるようにするのが好ましく、ここではたとえば２．０×１０19ｃｍ-3程度とする。なお、図３において、２ＤＥＧ層Ａ，ａによって規定される活性領域の幅方向に沿った長さは、たとえば１６μｍ程度である。
【００４５】
そして、実施の形態１によるＨＥＭＴ１においては、２ＤＥＧ濃度変調層１５を設けることによって、少なくとも活性分離境界部付近の２ＤＥＧ層ａにおけるキャリア濃度を、素子分離領域におけるキャリア濃度より大きく２ＤＥＧ層Ａにおけるキャリア濃度未満にする。具体的には、ＨＥＭＴ１における活性分離境界部の近傍、好適には活性領域の外周から内側に向かって所定距離、たとえば１００ｎｍ以内の範囲における活性領域でのキャリア濃度を、素子分離領域でのキャリア濃度の１０００倍（１０3倍）以下になるようにする。これにより、この２ＤＥＧ濃度変調層１５から構成されるキャリア濃度変調領域によって、活性領域の活性分離境界部における電界強度を低減させて、電界集中を緩和することができる。
【００４６】
ここで、電界集中を緩和して高耐圧化を図る観点から、２ＤＥＧ層ａにおける好ましいキャリア濃度範囲は、上述したように素子分離領域におけるキャリア濃度に依存するが、具体的には１．０×１０16ｃｍ-3以上５．０×１０18ｃｍ-3以下、好適には５．０×１０16ｃｍ-3以上１．０×１０18ｃｍ-3以下、より好適には１．０×１０17ｃｍ-3以上５．０×１０17ｃｍ-3以下とするのが好ましく、この実施の形態１においてはたとえば５．０×１０17ｃｍ-3程度にする。そして、２ＤＥＧ濃度変調層１５の膜厚は、上述したキャリア濃度の範囲に基づいて、たとえば１ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましく、成長とエッチングとを用いた場合の膜厚制御によってキャリア濃度の制御が容易になる観点からは、１５ｎｍ以上８０ｎｍ以下がより好ましく、膜厚のばらつきによってキャリア濃度のばらつきの影響を受けにくくなる、３０ｎｍ以上６０ｎｍ以下がさらに好ましく、この実施の形態１においてはたとえば４０ｎｍ程度とする。この場合、活性分離境界部の近傍におけるキャリア濃度の変化は、１０００倍以下の（５．０×１０17／２．０×１０15＝２．５×１０2＝）２５０倍程度になる。
【００４７】
また、シート抵抗に着目すると、活性分離境界部の近傍、好適には活性領域の外周から内側に向かって所定距離、たとえば１００ｎｍ以内の範囲の活性領域におけるシート抵抗を、素子分離領域におけるシート抵抗に対して（１／１００）倍（１０-2倍）以上になるようにする。具体的に、リセス部１３ａからなる素子分離領域における電子走行層１３のシート抵抗は、３０００Ω／□以上１００００Ω／□以下のたとえば５０００Ω／□程度である。そこで、電界集中を緩和する観点から、２ＤＥＧ層ａの領域におけるシート抵抗は、６００Ω／□以上２０００Ω／□以下、好適には６００Ω／□以上１５００Ω／□以下、より好適には６００Ω／□以上１２００Ω／□以下とするのが好ましく、この実施の形態１においては、たとえば１０００Ω／□程度にする。これにより、活性領域の外周の活性分離境界部における電界集中を緩和することができる。
【００４８】
そして、本発明者は、以上のように構成された実施の形態１によるＨＥＭＴ１に対して、逆方向動作状態の電圧を印加した状態で、ＰＥＭ顕微鏡を用いて観察を行った。その結果、活性分離境界部である活性領域と素子分離領域との境界付近において強い発光が生じないことを確認された。すなわち、活性分離境界部において電界強度が低減されて、電界集中が発生しないことが確認された。これにより、実施の形態１によるＨＥＭＴ１によれば、このＨＥＭＴ１に使用時の印加電圧に比して極めて高い電圧を印加しても、素子が破壊する可能性が極めて低くなり、高耐圧化されたことが確認された。
【００４９】
（製造方法）
次に、以上のようにして構成された実施の形態１によるＨＥＭＴ１の製造方法について説明する。すなわち、まず、基板１１上に、たとえばＭＯＣＶＤ法などにより、バッファ層１２、および電子走行層１３を順次成長させる。続いて、ＭＯＣＶＤ法などの結晶成長法により電子走行層１３上に、電子供給層１４を成長させる。
【００５０】
次に、電子供給層１４上に、２ＤＥＧ濃度変調層１５となる半導体層を成長させる。なお、この半導体層の成長時にたとえばＣやＭｇなどの不純物や、ｐ型不純物をドーピングしても良い。ここで、この半導体層の成長においては、たとえばＭＯＣＶＤ法により、ＴＭＧａとＮＨ3とを、それぞれ所定の流量（それぞれたとえば５８μｍｏｌ／ｍｉｎ、１２Ｌ／ｍｉｎ）で導入する。これと同時に、ＴＭＡｌを、ＮＨ3の流量の０．１％以下の一定の流量で流すとともに成長温度をたとえば１０５０℃として、半導体層をエピタキシャル成長させる。
【００５１】
次に、フォトリソグラフィ技術、およびたとえば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法などのドライエッチング法によって、半導体層、電子供給層１４、および電子走行層１３の上部を選択的にエッチングする。これにより、２ＤＥＧ濃度変調層１５を形成する一方で、リセス部１３ａを形成する。次に、たとえばスパッタリング法およびリフトオフ法またはエッチング法などの従来公知の方法により、電子供給層１４上に選択的に、ドレイン電極１６Ｄおよびソース電極１６Ｓを形成する。
【００５２】
次に、たとえばＰＥＣＶＤ法、フォトリソグラフィ技術、およびエッチング技術を順次適宜用いることにより、絶縁膜１７を形成する。続いて、エッチング技術、スパッタリング法およびリフトオフ法などを適宜用いることによって、ゲート電極１６Ｇを形成する。以上の工程により、この実施の形態１によるＨＥＭＴ１が製造される。なお、必要に応じて、ゲート電極１６Ｇ、ソース電極１６Ｓ、ドレイン電極１６Ｄ、およびリセス部１３ａを覆うように絶縁膜をさらに形成しても良い。
【００５３】
以上説明した本発明の実施の形態１によれば、２ＤＥＧ層Ａ，ａにより規定される活性領域とリセス部１３ａからなる素子分離領域との境界部（活性分離境界部）における電子供給層１４上に、２ＤＥＧ層Ａのキャリア濃度を素子分離領域側に低減するように変調させる２ＤＥＧ濃度変調層１５により形成されるキャリア濃度変調領域を設けていることにより、活性分離境界部の近傍において２ＤＥＧのキャリア濃度の変化を大幅に緩和することができる。従って、活性分離境界部における電界集中を抑制することができ、窒化物半導体装置としてのＨＥＭＴ１をより一層高耐圧化できるとともに、リーク電流を低減させることができる。
【００５４】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２による窒化物半導体装置について説明する。図４は、この実施の形態２による窒化物半導体装置であるＨＥＭＴ２を示す模式的な断面図である。
【００５５】
図４に示すように、実施の形態２によるＨＥＭＴ２においては、実施の形態１と異なり、キャリア濃度変調層としての２ＤＥＧ濃度変調層２２が、電子供給層１４上において活性分離境界部から活性領域の内側に向かって、膜厚が減少するように設けられている。この実施の形態２においては具体的に、２ＤＥＧ濃度変調層２２は、その幅方向に沿った断面形状がたとえば活性領域の内側に向かう方向に沿って、膜厚が連続的に減少するように傾斜したテーパ状になるように形成されている。なお、２ＤＥＧ濃度変調層２２の幅方向に沿った断面形状はテーパ状に限らず、少なくとも１段の段差を有する形状にすることも可能であり、テーパ状と段差形状とを適宜組み合わせることも可能である。
【００５６】
また、この２ＤＥＧ濃度変調層２２は、実施の形態１における２ＤＥＧ濃度変調層１５と同様の材料、この実施の形態２においてはたとえばＧａＮからなる。これにより、活性分離境界部の近傍において、２ＤＥＧ濃度変調層２２からなるキャリア濃度変調領域が形成され、電子走行層１３と電子供給層１４との界面において２ＤＥＧのキャリア濃度が２ＤＥＧ層Ａに比して低減した２ＤＥＧ層ａが形成される。また、２ＤＥＧ濃度変調層２２の電子供給層１４上における最大の膜厚は、実施の形態１における２ＤＥＧ濃度変調層１５の膜厚の範囲と同様であり、この実施の形態２においては、たとえば４０ｎｍ程度である。そして、２ＤＥＧ濃度変調層２２の膜厚は、この最大の膜厚である４０ｎｍから０ｎｍまで減少する。また、リセス部１３ａ、２ＤＥＧ濃度変調層２２、および電子供給層１４の表面を覆うように、たとえばＳｉＯ2からなる絶縁膜２１が設けられている。
【００５７】
ここで、上述したように、２ＤＥＧ層ａのキャリア濃度は、その上層に形成される２ＤＥＧ濃度変調層２２の膜厚に応じて変化する。そこで、２ＤＥＧ濃度変調層２２の活性分離境界部における最大の膜厚を調整して、２ＤＥＧ層ａにおけるキャリア濃度が素子分離領域におけるキャリア濃度より大きく、２ＤＥＧ層Ａにおけるキャリア濃度未満になるようにする。具体的には、実施の形態１と同様に、ＨＥＭＴ２における活性分離境界部の近傍、好適には活性領域の外周から内側に向かって所定距離、たとえば１００ｎｍ以内の範囲における活性領域でのキャリア濃度を、素子分離領域でのキャリア濃度の１０００倍（１０3倍）以下になるようにする。これにより、この２ＤＥＧ濃度変調層２２から構成されるキャリア濃度変調領域によって、活性領域の活性分離境界部における電界強度を低減して、電界集中を緩和することができる。
【００５８】
図５は、この実施の形態２によるＨＥＭＴ２におけるキャリア濃度の分布を示すグラフである。なお、図５において、実施の形態２によるＨＥＭＴ２におけるキャリア濃度の分布を実線で示し、比較例としての上述した従来のＨＥＭＴ１００におけるキャリア濃度の分布を点線で示す。図５に示すように、比較例としての従来のＨＥＭＴ１００においては、活性分離境界部の近傍において、キャリア濃度が極めて大きく変化する。これに対し、実施の形態２によるＨＥＭＴ２においては、２ＤＥＧ濃度変調層２２を設けて、さらに幅方向に沿った断面形状をテーパ状にしている。これにより、２ＤＥＧ層ａのキャリア濃度は、活性分離境界部から活性領域の内側に向かって、徐々に増加するように変調される。そのため、この実施の形態２においては、活性分離境界部の近傍におけるキャリア濃度の変化は、比較例に比して緩和されている。なお、２ＤＥＧ濃度変調層２２を、活性領域の活性分離境界部から内側に向かって、その膜厚が段差形状に減少するように形成した場合には、その膜厚の変化に応じて、２ＤＥＧ層ａのキャリア濃度も活性領域の活性分離境界部から内側に向かって段差形状に増加する。その他の構成は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００５９】
次に、以上のように構成されたＨＥＭＴ２は、次のように製造することができる。まず、実施の形態１と同様にして、基板１１上にバッファ層１２、電子走行層１３、および電子供給層１４を順次成長させた後、２ＤＥＧ濃度変調層２２となる半導体層を成長させる。
【００６０】
次に、半導体層上に、マスクとして、膜厚が数１００ｎｍ、具体的には５００ｎｍ程度のＳｉＯ2膜を形成する。その後、レジストを用いたリソグラフィ工程を行うことにより、ＳｉＯ2膜上に半導体層のエッチングする領域に開口を有するレジストを形成する、いわゆるリソグラフィ工程によるパターン形成を行う。その後、このレジストをマスクとして、たとえばバッファードフッ酸を用いたウェットエッチングを行うことにより、ＳｉＯ2膜を選択的にエッチングして開口を形成する。このとき、ウェットエッチング法を用いていることにより、ＳｉＯ2膜における開口の外周エッジ部分が、その膜厚が内側から外側に向かって徐々に厚くなるいわゆるテーパ状になる。その後、レジストを除去する。続いて、開口の外周エッジ部分がテーパ状のＳｉＯ2膜をマスクとして、ドライエッチング法により半導体層のエッチングを行う。これにより、半導体層がエッチングされた領域において、その膜厚が内側から外側に向かって徐々に厚くなるテーパ形状が形成され、テーパ状の２ＤＥＧ濃度変調層２２が得られる。その他の製造方法については実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【００６１】
以上説明した実施の形態２によれば、活性分離境界部の電子供給層１４上に、テーパ状の２ＤＥＧ濃度変調層２２を設けていることにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００６２】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３による窒化物半導体装置について説明する。図６は、この実施の形態３による窒化物半導体装置であるＨＥＭＴ３を示す模式的な断面図である。
【００６３】
図６に示すように、実施の形態３によるＨＥＭＴ３は、実施の形態１と異なり、電子走行層１３の上部と電子供給層１４の部分とに選択的に、素子分離領域として用いるキャリア非発生領域としての２ＤＥＧ非発生領域３１が形成されている。この２ＤＥＧ非発生領域３１は、電子供給層１４および電子走行層１３に選択的に、イオン源としてたとえばＮなどをイオン注入することにより形成できる。なお、イオン注入に用いるイオン源としては、Ｎ以外にも、Ａｒ、Ｈ、Ｈｅ、Ｚｎ、Ｂ、またはＯなどを使用することも可能である。
【００６４】
そして、電子供給層１４および２ＤＥＧ非発生領域３１上に、電子供給層１４と２ＤＥＧ非発生領域３１との境界である活性分離境界部をまたいで、キャリア濃度変調領域を形成するキャリア濃度変調層としての２ＤＥＧ濃度変調層３２が設けられている。このキャリア濃度変調領域において、２ＤＥＧ濃度変調層３２の下層における電子走行層１３と電子供給層１４との界面の２ＤＥＧのキャリア濃度が低減されて、２ＤＥＧ層Ａよりキャリア濃度が低い２ＤＥＧ層ａが形成される。この２ＤＥＧ層ａのキャリア濃度の範囲は、実施の形態１と同様であり、２ＤＥＧ非発生領域３１のキャリア濃度に応じて、その１０００倍以下になるように決定される。また、これらの電子供給層１４、２ＤＥＧ非発生領域３１、および２ＤＥＧ濃度変調層３２を覆うように、たとえばＳｉＯ2からなる絶縁膜３３が設けられている。その他の構成および製造方法、ならびに２ＤＥＧのキャリア濃度分布やキャリア濃度の範囲については、実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【００６５】
この実施の形態３によれば、実施の形態１におけるリセス部１３ａからなる素子分離領域の代わりに、イオン注入法により形成された２ＤＥＧ非発生領域３１からなる素子分離領域を形成している点以外は、実施の形態１と同様の構成であることから、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００６６】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４による窒化物半導体装置について説明する。図７は、この実施の形態４による窒化物半導体装置であるＨＥＭＴ４を示す模式的な断面図である。
【００６７】
図７に示すように、実施の形態４によるＨＥＭＴ４は、電子走行層１３の上部と電子供給層１４との部分に選択的に、実施の形態３と同様の２ＤＥＧ非発生領域３１が形成されている。そして、電子供給層１４および２ＤＥＧ非発生領域３１上における、電子供給層１４と２ＤＥＧ非発生領域３１との境界部をまたいで、実施の形態２と同様のキャリア濃度変調領域を形成するキャリア濃度変調層としてのテーパ状の２ＤＥＧ濃度変調層４１が設けられている。この２ＤＥＧ濃度変調層４１は、実施の形態１における２ＤＥＧ濃度変調層１５と同様の材料、この実施の形態４においてはたとえばＧａＮからなる。
【００６８】
また、２ＤＥＧ濃度変調層４１の膜厚の範囲は、２ＤＥＧ層ａのキャリア濃度に影響する電子供給層１４上での膜厚において実施の形態２と同様であり、具体的にはたとえば４０ｎｍ程度である。なお、２ＤＥＧ濃度変調層４１の膜厚は、電子供給層１４上における上述の膜厚範囲を満たせば、２ＤＥＧ非発生領域３１上での膜厚を制限するものではない。しかしながら、２ＤＥＧ濃度変調層４１をテーパ状に形成するための製造プロセスなどを考慮すると、この実施の形態４においては、２ＤＥＧ非発生領域３１上における最大の膜厚をたとえば５０ｎｍ程度とする。そして、２ＤＥＧ濃度変調層４１の膜厚は、少なくとも活性分離境界部から活性領域の内側に向かって、０ｎｍまで減少する。これにより、２ＤＥＧ濃度変調層４１の下層における２ＤＥＧ層ａのキャリア濃度は、上述した実施の形態２におけるキャリア濃度分布と同様に、活性分離境界部から活性領域の内側に向かって、徐々に増加するように変調される。これによって、２ＤＥＧ層ａにおけるキャリア濃度は、２ＤＥＧ非発生領域３１におけるキャリア濃度より大きく、２ＤＥＧ層Ａにおけるキャリア濃度以下になる。さらに、活性分離領域部の近傍における２ＤＥＧ層ａのキャリア濃度の範囲については、実施の形態１，２と同様であるので、活性分離領域部の近傍における電界強度が低減されて電界集中が緩和される。
【００６９】
また、これらの電子供給層１４、２ＤＥＧ非発生領域３１、および２ＤＥＧ濃度変調層４１を覆うように、たとえばＳｉＯ2からなる絶縁膜４２が設けられている。なお、２ＤＥＧのキャリア濃度分布および２ＤＥＧ濃度変調層４１の製造方法については、実施の形態２と同様であり、その他の構成および製造方法については実施の形態１と同様であるので、それらの説明を省略する。
【００７０】
この実施の形態４によれば、２ＤＥＧ濃度変調層４１が実施の形態２における２ＤＥＧ濃度変調層２２と同様の構成を有し、実施の形態２において、素子分離領域としての実施の形態３と同様の２ＤＥＧ非発生領域３１を採用している点以外は、実施の形態２と同様の構成であるので、実施の形態１〜３と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５による窒化物半導体装置について説明する。図８は、この実施の形態５による窒化物半導体装置であるＨＥＭＴ５を上方から俯瞰した平面図である。また、図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線に沿ったＨＥＭＴ５の模式的な断面図である。
【００７２】
図８に示すように、実施の形態５によるＨＥＭＴ５は、ソース電極１６−１Ｓ，１６−２Ｓ、ドレイン電極１６Ｄ、およびゲート電極１６−１Ｇ，１６−２Ｇ，１６−３Ｇ，１６−４Ｇが、活性領域としての２ＤＥＧ層Ａ，ａ上に互いに平面状に平行になる部分を有して設けられている。また、ゲート電極１６−１Ｇ，１６−３Ｇおよびゲート電極１６−２Ｇ，１６−４Ｇはそれぞれ、ソース電極１６−１Ｓおよびソース電極１６−２Ｓを平面状において囲む周回形状を有する。なお、ドレイン電極１６Ｄに対して、ソース電極１６−１Ｓ，１６−２Ｓの外側の領域に設けられるゲート電極１６−３Ｇ，１６−４Ｇは、主としてゲートとしては機能しない。さらに、実施の形態１と同様にして、２ＤＥＧ濃度変調層５２がガードリング状に設けられている。これにより、活性領域として、所定のキャリア濃度の２ＤＥＧ層Ａと、２ＤＥＧ層Ａに対してキャリア濃度が変調された２ＤＥＧ層ａとが生じている。
【００７３】
また、ゲート電極１６−１Ｇ〜１６−４Ｇ、ドレイン電極１６Ｄ、およびソース電極１６−１Ｓ，１６−２Ｓはそれぞれ、細長いフィンガー形状の部分（フィンガー電極）を有する。ＨＥＭＴ５の平面内におけるフィンガー電極の配置は、フィンガー電極の長手方向に対して直角な方向（幅方向）に沿って、ソース電極１６−１Ｓとドレイン電極１６Ｄとの間にゲート電極１６−１Ｇが配置されているとともに、ソース電極１６−２Ｓとドレイン電極１６Ｄとの間にゲート電極１６−２Ｇが配置されている。また、これらのゲート電極１６−１Ｇ〜１６−４Ｇ、ドレイン電極１６Ｄ、およびソース電極１６−１Ｓ，１６−２Ｓはそれぞれ、外部に電流を取り出すために、互いに略同一平面上に位置するゲートパッド１０Ｇ、ドレインパッド１０Ｄ、およびソースパッド１０Ｓに接続されている。
【００７４】
また、図９に示すように、実施の形態５によるＨＥＭＴ５は、実施の形態４と異なり、電子供給層１４上に、ドレイン電極１６Ｄを中心として、ゲート電極１６−１Ｇおよびソース電極１６−１Ｓが順次設けられ、その外側にゲートとして機能しないゲート電極１６−３Ｇが設けられている。また、ドレイン電極１６Ｄを中心として、ゲート電極１６−２Ｇおよびソース電極１６−２Ｓが順次設けられ、その外側にゲートとして機能しないゲート電極１６−４Ｇが設けられている。すなわち、この実施の形態５によるＨＥＭＴ５は、ドレイン電極１６Ｄを共通として、２つのＨＥＭＴが並列に並べられて構成されている。なお、３つ以上のＨＥＭＴを並列に並べて集積化させることによって、ＨＥＭＴを構成することも可能である。
【００７５】
また、電子走行層１３の上部と電子供給層１４の部分とに選択的に、素子分離領域としての２ＤＥＧ非発生領域５１が形成されている。この２ＤＥＧ非発生領域５１は、実施の形態３における２ＤＥＧ非発生領域３１と同様に、電子供給層１４および電子走行層１３に選択的に、たとえばＮなどをイオン注入することにより形成できる。
【００７６】
そして、電子供給層１４および２ＤＥＧ非発生領域５１上に、電子供給層１４と２ＤＥＧ非発生領域５１との境界部をまたいで、２ＤＥＧ濃度変調層５２が設けられている。２ＤＥＧ濃度変調層５２は、実施の形態４における２ＤＥＧ濃度変調層４１と同様のキャリア濃度変調領域を形成するキャリア濃度変調層である。そして、このキャリア濃度変調領域において、２ＤＥＧ濃度変調層５２の下層における電子走行層１３と電子供給層１４との界面の２ＤＥＧのキャリア濃度が低減される。そして、活性分離境界部から活性領域の内側に向かって、２ＤＥＧ濃度変調層５２の膜厚の変化に従ってキャリア濃度が徐々に２ＤＥＧ層Ａのキャリア濃度まで増加する、２ＤＥＧ層ａが形成される。ここで、２ＤＥＧ層ａのキャリア濃度の範囲については、実施の形態１，２と同様に、少なくとも活性分離境界部から活性領域内側に向けて１００ｎｍ以内の範囲において、２ＤＥＧ非発生領域５１のキャリア濃度に応じて、その１０００倍以下になるように決定される。また、これらの電子供給層１４、２ＤＥＧ非発生領域５１、および２ＤＥＧ濃度変調層５２を覆うように、たとえばＳｉＯ2からなる絶縁膜５３が設けられている。なお、２ＤＥＧのキャリア濃度分布および２ＤＥＧ濃度変調層５２の製造方法については、実施の形態２と同様であり、その他の構成および製造方法については実施の形態１，３，４と同様であるので、それらの説明を省略する。
【００７７】
この実施の形態５によれば、実施の形態３と同様に、電子供給層１４と２ＤＥＧ非発生領域５１との活性分離境界部をまたいで、実施の形態２，４における２ＤＥＧ濃度変調層２２，４１と同様の構成の２ＤＥＧ濃度変調層５２を設けていることにより、実施の形態１〜４と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６による窒化物半導体装置について説明する。図１０は、この実施の形態６による窒化物半導体装置であるＨＥＭＴ６を示す模式的な断面図である。
【００７９】
図１０に示すように、実施の形態６によるＨＥＭＴ６は、実施の形態５と異なり、電子走行層１３上に設けられた電子供給層６１の、２ＤＥＧ非発生領域５１との境界部である活性分離境界部の近傍に、キャリア濃度変調領域を構成するテーパ部６１ａが形成されている。なお、この電子供給層６１のテーパ部６１ａは、実施の形態２において説明した２ＤＥＧ濃度変調層２２をテーパ状に形成する場合の製造方法と同様の方法により形成することができる。
【００８０】
また、上述したように電子走行層１３上に形成された電子供給層６１の膜厚は、電子走行層１３と電子供給層６１との界面に生じる２ＤＥＧのキャリア濃度に影響する。そのため、テーパ部６１ａの下層の領域において、電子走行層１３と電子供給層６１との界面の２ＤＥＧのキャリア濃度が低減される。このように、電子供給層６１のテーパ部６１ａの形成領域は、キャリア濃度変調領域を構成する。これにより、キャリア濃度変調領域における活性分離境界部から活性領域の内側に向かって、キャリア濃度が２ＤＥＧ層Ａのキャリア濃度まで徐々に増加する２ＤＥＧ層ａが形成される。
【００８１】
また、２ＤＥＧ層ａのキャリア濃度の範囲については、実施の形態１，２と同様に、少なくとも活性分離境界部から活性領域内側に向けて１００ｎｍ以内の範囲において、２ＤＥＧ非発生領域５１のキャリア濃度の１０００倍以下になるように決定される。そして、このようなキャリア濃度の条件を満たすようにして、テーパ部６１ａの形状、特に膜厚変化が決定される。具体的にテーパ部６１ａは、２ＤＥＧが発生する活性領域の外周部である活性分離領域部から活性領域の内側に向けて、その膜厚がたとえば５〜１０ｎｍ程度から、電子供給層６１の最大の膜厚未満の２０〜４０ｎｍ程度まで連続的に増加するように形成されている。なお、このテーパ部６１ａは、膜厚が段階的に増加する段差形状に形成しても良く、テーパ状と段差形状を組み合わせた形状としても良い。
【００８２】
また、これらのテーパ部６１ａが形成された電子供給層６１、および２ＤＥＧ非発生領域５１を覆うようにして、たとえばＳｉＯ2からなる絶縁膜６２が設けられている。なお、２ＤＥＧのキャリア濃度分布については、実施の形態２，５と同様であり、その他の構成および製造方法については実施の形態１，４と同様であるので、それらの説明を省略する。
【００８３】
この実施の形態６によれば、電子供給層６１の活性分離境界部側の端部にテーパ部６１ａを設けていることにより、電子走行層１３と電子供給層６１との界面に生じる２ＤＥＧのキャリア濃度を活性分離境界領域近傍の２ＤＥＧ層ａにおいて低減させることができるので、実施の形態１〜５と同様の効果を得ることができる。
【００８４】
（実施の形態７）
次に、本発明の実施の形態７による窒化物半導体装置について説明する。図１１は、この実施の形態７による窒化物半導体装置であるダイオードとしてのショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）７を上方から俯瞰した平面図である。また、図１２は、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿ったＳＢＤ７の模式的な断面図である。
【００８５】
図１１に示すように、ＳＢＤ７は、活性領域としての２ＤＥＧ層Ａ，ａの上に、複数のアノード電極７１Ａおよびカソード電極７１Ｃをそれぞれ交互に、互いに櫛状で平面的に設けられている。そして、アノード電極７１Ａとカソード電極７１Ｃとは、細長いフィンガー形状を成し、外部に電流を取り出すために、それぞれアノードパッド７０Ａとカソードパッド７０Ｃとに接続される。また、活性領域の外周部分近傍には、他の半導体装置との絶縁分離を行うための素子分離領域を構成するリセス部１３ａが形成されている。なお、この実施の形態７によるＳＢＤ７は、互いに櫛状で複数組のアノード電極７１Ａおよびカソード電極７１Ｃを電極として構成されているが、ＳＢＤ７は少なくとも１組の電極から構成することが可能である。また、活性領域と素子分離領域との境界部である活性分離境界部から活性領域の内側に向かった近傍の領域に２ＤＥＧ濃度変調層７２が設けられている。これにより、活性領域を規定する２ＤＥＧ層として、実施の形態１と同様に、所定のキャリア濃度の２ＤＥＧ層Ａと、２ＤＥＧ層Ａに対してキャリア濃度が変調された２ＤＥＧ層ａとが生じる。
【００８６】
また、図１２に示すように、実施の形態７によるＳＢＤ７においては、実施の形態１と同様に、基板１１、バッファ層１２、電子走行層１３、および電子供給層１４が順次積層され、素子分離領域としてのリセス部１３ａが形成されている。このリセス部１３ａによって、２ＤＥＧ層Ａ，ａからなる活性領域が規定される。すなわち、図１２において、素子分離領域としてのリセス部１３ａのアノード電極７１Ａ側端部およびカソード電極７１Ｃ側端部が、活性領域と素子分離領域との活性分離境界部となる。そして、電子供給層１４上における活性領域境界部から活性領域の内側に向かって、活性領域境界部の近傍に、実施の形態１の２ＤＥＧ濃度変調層１５と同様の、キャリア濃度変調領域を形成するキャリア濃度変調層としての２ＤＥＧ濃度変調層７２が選択的に設けられている。
【００８７】
さらに、電子供給層１４上に選択的に、アノード電極７１Ａおよびカソード電極７１Ｃが相互に離間して設けられている。また、リセス部１３ａ、電子供給層１４の露出面、および２ＤＥＧ濃度変調層７２を覆うようにして、たとえばＳｉＯ2からなる絶縁膜７３が設けられている。
【００８８】
第１電極としてのアノード電極７１Ａは、たとえば下部電極層がニッケル（Ｎｉ）層で上部電極層が金（Ａｕ）層（Ｎｉ／Ａｕ）からなる積層構造を有して設けられている。これにより、アノード電極７１Ａは、電子供給層１４を介して電子走行層１３に発生した２ＤＥＧ層ａとショットキー接触している。また、第２電極としてのカソード電極７１Ｃは、たとえばＴｉ／Ａｌからなる積層構造を有して設けられている。これにより、カソード電極７１Ｃは、電子供給層１４を介して電子走行層１３に発生した２ＤＥＧ層Ａとオーミック接触する。その他の構成および２ＤＥＧのキャリア濃度分布については、実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。以上のようにして、この実施の形態７による窒化物半導体装置としてのＳＢＤ７が構成されている。また、この実施の形態７によるＳＢＤ７は、実施の形態１における窒化物半導体装置の製造方法において、ゲート電極１６Ｇをアノード電極７１Ａ、ドレイン電極１６Ｄをカソード電極７１Ｃとすることによって、同様に製造することができる。
【００８９】
この実施の形態７によれば、活性領域の外周部である活性分離境界部における電子供給層１４上に、電子走行層１３と電子供給層１４との界面に生じる２ＤＥＧのキャリア濃度を低減させる２ＤＥＧ濃度変調層７２を形成していることにより、活性分離境界部における電界強度を低減して電界集中を緩和させることができるので、ＳＢＤ７の耐圧の向上およびリーク電流の低減といった実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００９０】
（実施の形態８）
次に、本発明の実施の形態８による窒化物半導体装置について説明する。図１３は、この実施の形態８による窒化物半導体装置であるＳＢＤ８を示す模式的な断面図である。
【００９１】
図１３に示すように、実施の形態８によるＳＢＤ８においては、実施の形態７と異なり、電子走行層１３の上部と電子供給層１４の部分とに選択的に、素子分離領域としての２ＤＥＧ非発生領域８１が形成されている。この２ＤＥＧ非発生領域８１は、実施の形態３における２ＤＥＧ非発生領域３１と同様に、電子供給層１４および電子走行層１３に選択的に、たとえばＮなどをイオン注入することにより形成できる。そして、電子供給層１４および２ＤＥＧ非発生領域８１上に、電子供給層１４と２ＤＥＧ非発生領域８１との活性分離境界部をまたいで、キャリア濃度変調領域を形成するキャリア濃度変調層としての２ＤＥＧ濃度変調層８２が設けられている。そして、この２ＤＥＧ濃度変調層８２によって、２ＤＥＧ濃度変調層８２の下層における電子走行層１３と電子供給層１４との界面の２ＤＥＧのキャリア濃度が低減されて、２ＤＥＧ層Ａよりキャリア濃度が低い２ＤＥＧ層ａが形成される。また、これらの電子供給層１４、２ＤＥＧ非発生領域８１、および２ＤＥＧ濃度変調層８２を覆うように、たとえばＳｉＯ2からなる絶縁膜８３が設けられている。その他の構成および製造方法、ならびに２ＤＥＧのキャリア濃度の分布については、実施の形態７と同様であるので、その説明を省略する。
【００９２】
この実施の形態８によれば、実施の形態７におけるリセス部１３ａからなる素子分離領域の代わりに、実施の形態３〜６と同様のイオン注入法により形成された２ＤＥＧ非発生領域８１からなる素子分離領域を形成している点以外は、実施の形態７と同様の構成であることから、実施の形態１〜７と同様の効果を得ることができる。
【００９３】
以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施の形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いても良い。また、上述の実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。
【００９４】
たとえば、上述した実施の形態７，８における２ＤＥＧ濃度変調層７２，８２の形状を、実施の形態２，４における２ＤＥＧ濃度変調層２２，４１と同様のテーパ状または段差形状、もしくはこれらを組み合わせた形状にすることも可能である。また、２ＤＥＧ濃度変調層７２，８２を設ける代わりに、実施の形態６と同様に、電子供給層の形状を、活性分離境界部の近傍の活性領域の内側に向かって膜厚が連続的に増加するテーパ状にしたり、段差を有する形状にしたり、またはこれらを組み合わせた形状にしたりすることも可能である。
【００９５】
たとえば、上述した実施の形態においては、２ＤＥＧ濃度変調層をｕ−ＧａＮ、ＳｉＣ、またはｐ型不純物がドープされたｐ型ＧａＮから構成しているが、必ずしもこれらの材料に限定されるものではなく、ＩｎuＡｌvＧａ1-u-vＮ（０≦ｕ≦１、０≦ｖ≦１、０≦ｕ＋ｖ＜１）からなるバンドギャップが大きい材料から構成しても良い。また、この２ＤＥＧ濃度変調層を、電子供給層上に積層される絶縁膜の形状と組み合わせて段差形状にすることによって、その下方領域の２ＤＥＧのキャリア濃度を減少させることも可能である。
【００９６】
たとえば、上述の実施の形態においては、電子供給層をＡｌＧａＮ層としているが、ＡｌＧａＮ層以外にも、複数のＡｌvＧａ1-vＮ層（０＜ｖ≦１）を積層させて超格子層としたＡｌＧａＮ超格子層、複数のＩｎuＡｌvＧａ1-u-vＮ層（０≦ｕ＜１、０＜ｖ≦１、０＜ｕ＋ｖ＜１）を積層させて超格子層としたＩｎＡｌＧａＮ超格子層を採用することも可能である。さらに、半導体装置における所望の特性に基づいた構造設計に応じて、電子供給層に種々の擬似混晶構造を採用することも可能である。
【００９７】
また、ダイオードのアノード電極およびトランジスタのゲート電極の下部電極層は、電子供給層とショットキー接触するショットキー電極である。そのため、これらの下部電極層の材料としては、上述したニッケル（Ｎｉ）やチタン（Ｔｉ）以外にも、たとえば白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）のうち少なくとも１つを含む金属膜、または、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔａ、Ａｌのうち少なくとも１つを含む合金よりなる金属膜のうち、少なくとも１つを含む金属膜、または、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａのうち少なくとも１つを含む窒化物合金からなる金属膜など、上記条件を満たす金属材料であれば種々のものを用いても良い。また、ダイオードのアノード電極およびトランジスタのゲート電極の上部電極層の材料としては、上述した下部電極層より仕事関数の小さい金属からなり、この条件を満たす金属材料であれば種々のものを用いても良い。
【００９８】
また、ダイオードのカソード電極およびトランジスタのソース電極およびドレイン電極は、電子供給層とオーミック接触する、または、接触抵抗が十分に小さい状態で接触するオーミック電極である。そのため、カソード電極、ソース電極、およびドレイン電極の材料としては、上述した材料に限定されず、たとえばＴｉ、Ａｌ、シリコン（Ｓｉ）、鉛（Ｐｂ）、クロム（Ｃｒ）、Ｉｎ、Ｔａのうちの少なくとも１つを含む金属膜、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｔａのうちの少なくとも１つを含む合金よりなる金属膜、または、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａのうちの少なくとも１つを含むシリサイド合金よりなる金属膜、または、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａのうちの少なくとも１つを含む窒化物合金よりなる金属膜などのうち、少なくとも１つを含む金属膜など、上記条件を満たす金属材料であれば如何なるものを用いても良い。
【００９９】
また、上述の実施の形態においては、本発明による半導体装置として、ＳＢＤおよびＨＥＭＴを例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明は、ＭＥＳＦＥＴ（Metal  Semiconductor  FET）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  FET）、ＭＩＳＦＥＴ（Metal  Insulator  Semiconductor  FET）などの、種々の半導体装置に対して適用することができる。そして、本発明をこれらのＦＥＴに適用する場合、ゲート電極とフィールドプレート層との間に酸化膜などの絶縁膜を設けることも可能である。
【０１００】
また、上述の実施の形態においては、電子供給層の表面に電極を形成しているが、必ずしもこれらに限定されるものではなく、電子走行層、電子供給層、エッチング犠牲層、および半導体層やフィールドプレート層を含み、必要に応じてその他の層を含む半導体積層体のうちの少なくとも１層の上に電極を設けることが可能である。すなわち、半導体積層体を構成するその他の層の上に電極を設けても良い。具体的には、電子供給層の表面に、絶縁層、フィールドプレート層などの窒化物系半導体層、またはこれらの積層膜を介して、アノード電極、カソード電極、ゲート電極、ドレイン電極、またはソース電極を設けることも可能である。また、電子供給層の電極の形成領域の一部を電子走行層に達するまでエッチング除去してリセス部を形成し、このリセス部の表面、またはリセス部表面に所定の膜を介して、アノード電極、カソード電極、ゲート電極、ドレイン電極、またはソース電極を設けることも可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
１，２，３，４，５，６  ＨＥＭＴ
７，８  ＳＢＤ
１０Ｄ  ドレインパッド
１０Ｇ  ゲートパッド
１０Ｓ  ソースパッド
１１  基板
１２  バッファ層
１３  電子走行層
１３ａ  リセス部
１４，６１  電子供給層
１５，２２，３２，４１，５２，７２，８２  ２ＤＥＧ濃度変調層
１６Ｇ，１６−１Ｇ，１６−２Ｇ，１６−３Ｇ，１６−４Ｇ  ゲート電極
１６Ｓ，１６−１Ｓ，１６−２Ｓ  ソース電極
１６Ｄ  ドレイン電極
１７，２１，３３，４２，５３，６２，７３，８３  絶縁膜
３１，５１，８１  ２ＤＥＧ非発生領域
６１ａ  テーパ部
７０Ａ  アノードパッド
７０Ｃ  カソードパッド
７１Ａ  アノード電極
７１Ｃ  カソード電極
【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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【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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