(57)【要約】【課題】高耐圧化、電流コラプスの低減、およびリーク電流の低減をより一層向上させた窒化物半導体装置を得ること。【解決手段】基板１１、バッファ層１２、電子走行層１３、電子供給層１４上に、２次元電子ガス濃度制御層１５、絶縁膜１６、フィールドプレート部１７ａ，１７ｂを有するアノード電極１７、およびカソード電極１８を設ける。２次元電子ガス濃度制御層１５により２ＤＥＧ濃度を変調点Ｐ1，Ｐ2を挟んで高濃度領域Ａから低濃度領域ａに変調させる。基板１１の主面に沿って、変調点Ｐ1がアノード電極１７の下方領域内にあって変調点Ｐ1とフィールドプレート部１７ｂのカソード電極１８側端部との間の電界強度を、変調点Ｐ1とフィールドプレート部１７ｂのカソード電極１８側端部との少なくとも一方での電界強度よりも小さくなるように構成する。【選択図】図１
2015079922.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た窒化物系半導体からなる複数の半導体層から構成され、２次元電子ガス濃度が部分的に少なくとも２水準で変調される２次元電子ガス濃度制御領域を有する半導体積層体と、
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設けられている第１電極と、
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電極と離間して設けられる第２電極と、
少なくとも前記半導体積層体上に設けられる絶縁膜と、を備え、
前記第１電極が前記第２電極側に向かって前記絶縁膜にせり出したフィールドプレート部を有し、
前記２次元電子ガス濃度制御領域と前記２次元電子ガス濃度制御領域以外の領域との境界における変調点を挟んで、前記２次元電子ガス濃度制御領域内の２次元電子ガス濃度が、前記２次元電子ガス濃度制御領域以外の領域における２次元電子ガス濃度より低くなるように変調され、
前記基体の主面に沿って、前記変調点のうちの前記第２電極側の位置にある第１変調点が前記フィールドプレート部から前記基体に向かう下方領域内にあるとともに、前記第１変調点と前記フィールドプレート部の前記第２電極側の端部との間における電界強度が、前記第１変調点および前記フィールドプレート部の前記第２電極側の端部の少なくとも一方における電界集中部の電界強度よりも小さい
ことを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項２】
基体と、
前記基体上に設けられた窒化物系半導体からなる複数の半導体層から構成され、２次元電子ガス濃度が部分的に少なくとも２水準で変調される２次元電子ガス濃度制御領域を有する半導体積層体と、
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設けられた第１電極と、
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電極と離間して設けられた第２電極と、
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電極と、
少なくとも前記半導体積層体上に設けられる絶縁膜と、を備え、
前記第１電極および前記第３電極の少なくとも一方が前記第２電極側に向かって前記絶縁膜にせり出したフィールドプレート部を有し、
前記２次元電子ガス濃度制御領域と前記２次元電子ガス濃度制御領域以外の領域との境界における変調点を挟んで、前記２次元電子ガス濃度制御領域内の２次元電子ガス濃度が、前記２次元電子ガス濃度制御領域以外の領域における２次元電子ガス濃度より低くなるように変調され、
前記基体の主面に沿って、前記変調点のうちの前記第２電極側の位置にある第１変調点が前記フィールドプレート部から前記基体に向かう下方領域内にあるとともに、前記第１変調点と前記フィールドプレート部の前記第２電極側の端部との間における電界強度が、前記第１変調点および前記フィールドプレート部の前記第２電極側の端部の少なくとも一方における電界集中部の電界強度よりも小さい
ことを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記第１変調点と前記フィールドプレート部の前記第２電極側の端部との間の前記基体の主面に沿った電界強度分布において、前記第１変調点周辺と前記フィールドプレート部の前記第２電極側の端部周辺におけるそれぞれの電界強度の半値半幅の和が、前記第１変調点と前記フィールドプレート部の前記第２電極側の端部との間の距離よりも小さい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】
前記半導体積層体における前記複数の半導体層がそれぞれ、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなり、前記第１変調点と前記フィールドプレート部の前記第２電極側の端部との間の前記基体の主面に沿った間隔が１μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記フィールドプレート部から前記基体側に向かう下方領域における前記絶縁膜の膜厚が、前記第１電極側の膜厚に比して前記第２電極側の膜厚が連続的または段階的に非減少または大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
前記フィールドプレート部の下方領域における前記絶縁膜が、９０度未満の傾斜角度をなす段を複数有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項７】
前記半導体積層体が、窒化物系半導体からなる第１半導体層、および前記第１半導体層の上に形成され前記第１半導体層よりも平均的にバンドギャップが広い少なくとも１種類の窒化物系半導体からなる第２半導体層を含んで構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項８】
前記半導体積層体は、さらに前記第２半導体層上に選択的に形成され前記第２半導体層よりも平均的にバンドギャップが狭い窒化物系半導体からなる第３半導体層を含むことを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体装置。
【請求項９】
前記第３半導体層、または前記第３半導体層に隣接した領域における前記第２半導体層の膜厚が前記第３半導体層に隣接した領域以外の前記第２半導体層の膜厚より小さい領域と前記第３半導体層とによって、前記２次元電子ガス濃度制御領域を形成することを特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１０】
前記第３半導体層が２０ｎｍ以上の膜厚の窒化ガリウムからなることを特徴とする請求項８または９に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１１】
前記第２半導体層の少なくとも一部の領域の膜厚を、前記第２半導体層の少なくとも一部以外の領域における膜厚より小さい膜厚とし、前記第２半導体層の前記少なくとも一部の領域によって、前記２次元電子ガス濃度制御領域を形成することを特徴とする請求項５に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１２】
前記フィールドプレート部の下方領域における前記複数の段を有する前記絶縁膜における複数の膜厚変化部が互いに、前記基体の主面に沿って０．５μｍ以上の間隔を隔てて配置されることを特徴とする請求項６〜１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１３】
前記絶縁膜におけるそれぞれの段が、前記基体側から上方に向かって各段の段差が大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項６〜１２のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１４】
前記フィールドプレート部の前記第２電極側の端部と前記第２電極の前記第１電極側の端部との前記基体の主面に沿った間隔が、前記フィールドプレート部の前記第２電極側の端部と前記２次元電子ガス濃度の変調点のうちの前記フィールドプレート部の前記第２電極側の端部から連続している前記２次元電子ガス制御領域の前記第１電極側における第２変調点との、前記基体の主面に沿った間隔以上であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１５】
前記２次元電子ガス濃度制御領域内における前記２次元電子ガス濃度が７×１０12ｃｍ-2未満、前記第１変調点から前記第２電極側での２次元電子ガス濃度が７×１０12ｃｍ-2以上であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１６】
前記絶縁膜が、少なくともシリコン、アルミニウム、窒素、および酸素からなる群から選ばれた少なくとも１種類の元素を含んだ誘電体からなることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１７】
前記２次元電子ガス濃度制御領域内の前記フィールドプレート部の下方領域における前記絶縁膜の膜厚が、前記絶縁膜の比誘電率に基づいて酸化シリコン膜に換算した膜厚で５００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１８】
請求項１または前記請求項１を引用する請求項３〜１７のいずれか１項に記載の窒化物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。
【請求項１９】
請求項２または前記請求項２を引用する請求項３〜１７のいずれか１項に記載の窒化物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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィールドプレート構造を有する窒化物半導体装置、ダイオード、および電界効果トランジスタに関する。
【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、良好な熱伝導度を持つので、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系半導体がある。ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合構造を有する半導体装置は、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次元電子ガスが発生している。この２次元電子ガスは、高い電子移動度とキャリア密度を有している。そのため、このようなＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合構造を有する半導体装置、たとえばショットキーバリアダイオードや電界効果トランジスタは、高耐圧、低いオン抵抗、および速いスイッチング速度を有し、パワースイッチング応用に非常に好適である。
【０００３】
また、半導体装置の耐圧をより高くするために、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合構造を有する素子において、ショットキー電極が、半導体層の表面に形成された絶縁体からなる表面保護膜上に乗り上げた階段形状を成し、フィールドプレート構造を形成しているものが知られている（非特許文献１参照）。
【０００４】
さらに、特許文献１に記載された窒化物半導体装置は、電界効果トランジスタであって、フィールドプレート構造を多段状に形成する構成を有している。また、特許文献２に記載された電力用半導体装置は、ゲート電極部にフィールドプレート構造を設けたり、ソース電極部にフィールドプレート構造を設けたりすることによって、電界集中を緩和させる構成を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４８８８１１５号公報
【特許文献２】特許第４４１７６７７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】N.  Zhang,  U.K.  Mishra,  “High  Breakdown  GaN  HEMT  with  Overlapping  Gate  Structure”,  IEEE  Electron  Device  Letters,  vol.21,  no.9,  2000
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された電界効果トランジスタにおいては、フィールドプレート構造を多段状に形成することによって、電界集中部を分散させているのみである。そのため、この構成では、ゲート電極の部分全体における電界抑制の観点からは限界があるので、電流コラプスを十分に低下させることができず、耐圧も十分に確保できないという問題が残存している。また、特許文献２に記載された電力用半導体装置においては、電界強度を分散させる構成を有するのみで２次元電子ガス（２ＤＥＧ）の濃度が一様であるため、ゲート電極の端部における電界強度が強いままであるという問題が残存している。そして、これらの問題は、アノード電極がフィールドプレート構造を有するショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）においても同様に残存する問題である。
【０００８】
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、高耐圧化、電流コラプスの低減、およびリーク電流の低減をより一層向上させることができる窒化物半導体装置、ダイオード、および電界効果トランジスタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係る窒化物半導体装置は、基体と、基体上に設けられた窒化物系半導体からなる複数の半導体層から構成され、２次元電子ガス濃度が部分的に少なくとも２水準で変調される２次元電子ガス濃度制御領域を有する半導体積層体と、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設けられている第１電極と、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電極と離間して設けられる第２電極と、少なくとも半導体積層体上に設けられる絶縁膜と、を備え、第１電極が第２電極側に向かって絶縁膜にせり出したフィールドプレート部を有し、２次元電子ガス濃度制御領域と２次元電子ガス濃度制御領域以外の領域との境界における変調点を挟んで、２次元電子ガス濃度制御領域内の２次元電子ガス濃度が、２次元電子ガス濃度制御領域以外の領域における２次元電子ガス濃度より低くなるように変調され、基体の主面に沿って、変調点のうちの第２電極側の位置にある第１変調点がフィールドプレート部から基体に向かう下方領域内にあるとともに、第１変調点とフィールドプレート部の第２電極側の端部との間における電界強度が、第１変調点およびフィールドプレート部の第２電極側の端部の少なくとも一方における電界集中部の電界強度よりも小さいことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る窒化物半導体装置は、基体と、基体上に設けられた窒化物系半導体からなる複数の半導体層から構成され、２次元電子ガス濃度が部分的に少なくとも２水準で変調される２次元電子ガス濃度制御領域を有する半導体積層体と、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設けられた第１電極と、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電極と離間して設けられた第２電極と、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電極と、少なくとも半導体積層体上に設けられる絶縁膜と、を備え、第１電極および第３電極の少なくとも一方が第２電極側に向かって絶縁膜にせり出したフィールドプレート部を有し、２次元電子ガス濃度制御領域と２次元電子ガス濃度制御領域以外の領域との境界における変調点を挟んで、２次元電子ガス濃度制御領域内の２次元電子ガス濃度が、２次元電子ガス濃度制御領域以外の領域における２次元電子ガス濃度より低くなるように変調され、基体の主面に沿って、変調点のうちの第２電極側の位置にある第１変調点がフィールドプレート部から基体に向かう下方領域内にあるとともに、第１変調点とフィールドプレート部の第２電極側の端部との間における電界強度が、第１変調点およびフィールドプレート部の第２電極側の端部の少なくとも一方における電界集中部の電界強度よりも小さいことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る窒化物半導体装置は、上記の発明において、第１変調点とフィールドプレート部の第２電極側の端部との間の基体の主面に沿った電界強度分布において、第１変調点周辺とフィールドプレート部の第２電極側の端部周辺におけるそれぞれの電界強度の半値半幅の和が、第１変調点とフィールドプレート部の第２電極側の端部との間の距離よりも小さいことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る窒化物半導体装置は、上記の発明において、半導体積層体における複数の半導体層がそれぞれ、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなり、第１変調点とフィールドプレート部の第２電極側の端部との間の基体の主面に沿った間隔が１μｍ以上であることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る窒化物半導体装置は、上記の発明において、フィールドプレート部から基体側に向かう下方領域における絶縁膜の膜厚が、第１電極側の膜厚に比して第２電極側の膜厚が連続的または段階的に非減少または大きくなるように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る窒化物半導体装置は、上記の発明において、フィールドプレート部の下方領域における絶縁膜が、９０度未満の傾斜角度をなす段を複数有することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る窒化物半導体装置は、上記の発明において、半導体積層体が、窒化物系半導体からなる第１半導体層、および第１半導体層の上に形成され第１半導体層よりも平均的にバンドギャップが広い少なくとも１種類の窒化物系半導体からなる第２半導体層を含んで構成されることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る窒化物半導体装置は、上記の発明において、半導体積層体は、さらに第２半導体層上に選択的に形成され第２半導体層よりも平均的にバンドギャップが狭い窒化物系半導体からなる第３半導体層を含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る窒化物半導体装置は、上記の発明において、第３半導体層、または第３半導体層に隣接した領域における第２半導体層の膜厚が第３半導体層に隣接した領域以外の第２半導体層の膜厚より小さい領域と第３半導体層とによって、２次元電子ガス濃度制御領域を形成することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る窒化物半導体装置は、上記の発明において、第３半導体層が２０ｎｍ以上の膜厚の窒化ガリウムからなることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る窒化物半導体装置は、上記の発明において、第２半導体層の少なくとも一部の領域の膜厚を、第２半導体層の少なくとも一部以外の領域における膜厚より小さい膜厚とし、第２半導体層の少なくとも一部の領域によって、２次元電子ガス濃度制御領域を形成することを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る窒化物半導体装置は、上記の発明において、フィールドプレート部の下方領域における複数の段を有する絶縁膜における複数の膜厚変化部が互いに、基体の主面に沿って０．５μｍ以上の間隔を隔てて配置されることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る窒化物半導体装置は、上記の発明において、絶縁膜におけるそれぞれの段が、基体側から上方に向かって各段の段差が大きくなるように構成されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る窒化物半導体装置は、上記の発明において、フィールドプレート部の第２電極側の端部と第２電極の第１電極側の端部との基体の主面に沿った距離が、フィールドプレート部の第２電極側の端部と２次元電子ガス濃度の変調点のうちのフィールドプレート部の第２電極側の端部から連続している２次元電子ガス制御領域の第１電極側における第２変調点との、基体の主面に沿った距離以上であることを特徴とする。
【００２３】
本発明に係る窒化物半導体装置は、上記の発明において、２次元電子ガス濃度制御領域内における２次元電子ガス濃度が７×１０12ｃｍ-2未満、第１変調点から第２電極側での２次元電子ガス濃度が７×１０12ｃｍ-2以上であることを特徴とする。
【００２４】
本発明に係る窒化物半導体装置は、上記の発明において、絶縁膜が、少なくともシリコン、アルミニウム、窒素、および酸素からなる群から選ばれた少なくとも１種類の元素を含んだ誘電体からなることを特徴とする。
【００２５】
本発明に係る窒化物半導体装置は、上記の発明において、２次元電子ガス濃度制御領域内のフィールドプレート部の下方領域における絶縁膜の膜厚が、絶縁膜の比誘電率に基づいて酸化シリコン膜に換算した膜厚で５００ｎｍ以上であることを特徴とする。
【００２６】
本発明に係るダイオードは、上記の発明による窒化物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。
【００２７】
本発明に係る電界効果トランジスタは、上記の発明による窒化物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。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る窒化物半導体装置、ダイオード、および電界効果トランジスタによれば、高耐圧化、電流コラプスの低減、およびリーク電流の低減をより一層向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１によるショットキーバリアダイオードである半導体装置の模式的な断面図および電界強度を示すグラフである。
【図２】図２は、本発明の実施の形態２によるショットキーバリアダイオードである半導体装置の模式的な断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態３によるショットキーバリアダイオードである半導体装置の模式的な断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態４によるショットキーバリアダイオードである半導体装置の模式的な断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態５によるＨＥＭＴ型電界効果トランジスタである半導体装置の模式的な断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態６によるＨＥＭＴ型電界効果トランジスタである半導体装置の模式的な断面図である。
【図７】図７は、従来のショットキーバリアダイオードの模式的な断面図および電界強度を示すグラフである。
【図８】図８は、従来のＨＥＭＴ型電界効果トランジスタの模式的な断面図および電界強度を示すグラフである。
【図９】図９は、従来のフィールドプレート構造を有するショットキーバリアダイオードの模式的な断面図および電界強度を示すグラフである。
【図１０】図１０は、従来の２段のフィールドプレート構造を有するショットキーバリアダイオードの模式的な断面図および電界強度を示すグラフである。
【図１１】図１１は、２次元電子ガス濃度制御層を用いたフィールドプレート構造を有するショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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」または「上方」並びに「下」または「下方」はそれぞれ、半導体装置の基板の主面に対して直角に遠ざかる向き並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ではない点にも留意する必要がある。
【００３１】
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とそれらが有する問題点について説明する。図７、図８、図９、および図１０は、従来の半導体装置を示す模式的な断面図、および電界強度の距離依存性を示すグラフである。なお、図７〜図１０におけるグラフの横軸の距離については、それぞれの半導体装置における基板の主面に沿った直線距離である。
【００３２】
すなわち、図７に示すように、従来のＳＢＤ１００は、基板１０１上に順次積層された、バッファ層１０２、電子走行層１０３、および電子供給層１０４上に、選択的に絶縁膜１０６、アノード電極１０７、およびカソード電極１０８を備える。そして、アノード電極１０７は、電子供給層１０４上に段差部分を有することなく、主面に沿って一様に形成されている。
【００３３】
ところが、図７中下部に示す、ＳＢＤ１００における逆バイアス印加時の電界分布のグラフに示すように、アノード電極１０７を一様に形成しただけでは、アノード電極１０７のカソード電極１０８側端部（アノード端ＥA）において電界が強くなる。すなわち、アノード端ＥAが、電界強度が極大になる電界集中部になる。なお、カソード端ＥCは、カソード電極１０８のアノード電極１０７側端部である。そのため、ＳＢＤ１００において十分な耐圧を維持できないという問題があった。
【００３４】
また、図８に示すように、従来のＨＥＭＴ型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）２００は、基板２０１上に順次積層された、バッファ層２０２、電子走行層２０３、および電子供給層２０４上に、選択的に絶縁膜２０５、ゲート電極２０６、ドレイン電極２０７、およびソース電極２０８が設けられている。そして、ゲート電極２０６は、電子供給層２０４上に段差部分を有することなく一様に形成されている。
【００３５】
ところが、図８中下部に示す、ＦＥＴ２００のオフ時の電界分布のグラフに示すように、ＨＥＭＴ型のＦＥＴ２００においても、ゲート電極２０６を一様に形成しただけでは、ゲート電極２０６のドレイン電極２０７側端部において電界が強くなる。すなわち、ゲート端ＥGが、電界強度が極大になる電界集中部になる。なお、ドレイン端ＥDは、ドレイン電極２０７のゲート電極２０６側端部である。そのため、上述したＳＢＤ１００と同様に、ＦＥＴ２００において十分な耐圧を維持できないという問題があった。
【００３６】
そこで、上述したＳＢＤ１００に対して鋭意検討が行われ、図９に示すようなフィールドプレート構造を有するＳＢＤ１１０が案出された。このＳＢＤ１１０は、ＳＢＤ１００の構成に、アノード電極１１１のカソード電極１０８側端部が階段状に絶縁膜１１２上にせり出した、フィールドプレート部１１１ａをさらに備える。
【００３７】
アノード電極１１１にフィールドプレート部１１１ａを設けることによって、図９中下部に示す、ＳＢＤ１１０における逆バイアス印加時の電界分布のグラフに示すように、アノード電極１１１における電界集中部を２箇所に分散させることができる。具体的に電界集中部は、アノード電極１１１のカソード電極１０８側端部（アノード端ＥA）と、フィールドプレート部１１１ａのカソード電極１０８側端部（フィールドプレート端ＦＰ）との２箇所である。ところが、本発明者が種々の実験から得た知見によれば、この場合においてもアノード端ＥAやフィールドプレート端ＦＰにおける電界は強いままであるため、ＳＢＤ１１０において電流コラプスが生じやすくなり、順方向特性が悪化する問題が残存していた。
【００３８】
そこでさらに、このＳＢＤ１１０に対して鋭意検討が行われ、図１０に示すような２段のフィールドプレート構造を有するＳＢＤ１２０が案出された。このＳＢＤ１２０は、ＳＢＤ１１０の構成においてアノード電極１２１のカソード電極１０８側端部にさらに階段状のフィールドプレート構造が追加されている。具体的には、ＳＢＤ１２０は、アノード電極１２１のカソード電極１０８側端部が絶縁膜１２２に２段の階段状にせり出した、フィールドプレート部１２１ａ，１２１ｂを備える。
【００３９】
このような２段のフィールドプレート構造を設けることによって、図１０中下部に示すＳＢＤ１２０における逆バイアス印加時の電界分布のグラフに示すように、アノード電極１２１の近傍における電界集中部を３箇所に分散させることができる。具体的に電界手中点は、アノード電極１２１のカソード電極１０８側端部（アノード端ＥA）と、フィールドプレート部１２１ａのカソード電極１０８側端部（第１フィールドプレート端ＦＰ1）と、フィールドプレート部１２１ｂのカソード電極１０８側端部（第２フィールドプレート端ＦＰ2）との３箇所に分散される。このように、フィールドプレート構造を多段で構成することによって、電界集中部を分散させることができる。
【００４０】
ところが、本発明者が種々の実験により得た知見によれば、フィールドプレート構造を多段で構成するだけでは、アノード電極１２１側の電界集中を分散させるのみである。そのため、フィールドプレート構造の多段化だけでは、半導体装置の特性を大きく改善させる効果は得られず、高耐圧化、電流コラプスの低減、およびリーク電流の低減を十分実現できないという問題が残存していた。
【００４１】
そこで本発明者らは、このＳＢＤ１２０に対してさらなる鋭意検討を行って改良を行い、新たなＳＢＤを案出した。図１１は、本発明者らが案出した窒化物半導体装置としてのＳＢＤの模式的な断面図である。このＳＢＤ１３０は、電子走行層１０３が電子供給層１０４との界面に生じる２次元電子ガス（２ＤＥＧ）のキャリア濃度（２ＤＥＧ濃度）を制御する、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる２次元電子ガス濃度制御層１３１を、電子供給層１０４上に備える。そして、２次元電子ガス濃度制御層１３１により、この２ＤＥＧ濃度制御層１３１が設けられた領域ａにおける電子走行層１０３中の２ＤＥＧ濃度が、領域ａ以外の領域Ａにおける２ＤＥＧ濃度より低濃度に変調される。２ＤＥＧ濃度の低い領域ａは、２ＤＥＧ濃度の高い領域Ａと変調点Ｐを挟んで変調されている。これによって、２次元電子ガス濃度制御層１３１が設けられた部分の電界強度を抑制できる。
【００４２】
そして、このＳＢＤ１３０においては、２次元電子ガス濃度制御層１３１上にアノード電極１３２の１段目が乗り上げている。さらに、アノード電極１３２のカソード電極１０８側端部が、絶縁膜１３３にせり出して２段目のフィールドプレート部１３２ａおよび３段目のフィールドプレート部１３２ｂからなるフィールドプレート構造を構成している。ここで、２次元電子ガス濃度制御層１３１のカソード電極１０８側端部は、最上段である３段目のフィールドプレート部１３２ｂのカソード電極１０８側端部より、カソード電極１０８に向かってせり出している。
【００４３】
ところが、本発明者が種々実験および検討を行ったところ、２次元電子ガス制御層１３１のカソード電極１０８側端部が、電界強度が極めて高い電界集中部になっていることを知見した。すなわち、本発明者は、２次元電子ガス制御層１３１がフィールドプレート部１３２ｂのカソード電極１０８側端部より外側にせり出した場合、フィールドプレート構造による電界強度の分散が有効に作用しないことを想起するに至った。２次元電子ガス制御層１３１のカソード電極１０８側端部に大きな電界が集中すると、２次元電子ガス制御層１３１に損傷が生じやすくなるので、耐圧の低下やリーク電流の増加などが生じて窒化物半導体装置の特性に悪影響を及ぼす。さらに、電流コラプスによるオン抵抗の増加によって、オン電流が減少するという問題も生じる。
【００４４】
そこで、本発明者は、以上の点を考慮して改めて鋭意検討を行った。その結果、本発明者は、２次元電子ガス制御層のカソード電極側端部を、フィールドプレート部の下方領域に位置させるのが好ましいことを想起するに至った。すなわち、アノード電極側からカソード電極側に向けて２ＤＥＧ濃度が増える変調点Ｐを、フィールドプレート部の下方領域に位置させるのが好ましいことを想起するに至った。
【００４５】
また、本発明者の知見によれば、フィールドプレート部のカソード電極側の屈曲部や端部も電界集中部になりやすい。そこで、本発明者はさらに、電界集中を分散させる電界分散効果を得るためには、フィールドプレート部において隣り合う電界集中部の間に、２次元電子ガス濃度制御層により構成される２次元電子ガス濃度制御領域の電界集中部を位置させることを想到した。すなわち、本発明者は、アノード電極側からカソード電極側に向けて２ＤＥＧ濃度が増える変調点Ｐを、フィールドプレート部において隣り合う電界集中部の間に位置させることを想到した。この構成を実現するためには、２ＤＥＧ濃度のカソード電極側の変調点Ｐが、基板の主面に沿った直線距離で、フィールドプレート部のカソード電極側の端部から１μｍ以上、好適には２μｍ以上離すのが好ましい。
【００４６】
以上により、２次元電子ガス濃度制御領域において電界集中部を分散できるので、窒化物半導体装置において、リーク電流を低減させつつ、電流コラプスを抑制できるとともに、オン抵抗を低減できる。以下に説明する本発明の実施の形態は、以上の鋭意検討に基づいて案出されたものである。
【００４７】
（実施の形態１）
次に、本発明の実施の形態１による半導体装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態１によるショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）である半導体装置１０の模式的な断面図である。図１に示すように、実施の形態１による半導体装置１０においては、基板１１の主面上に、バッファ層１２を介して電子走行層１３が設けられている。電子走行層１３上には電子供給層１４が設けられている。さらに、電子供給層１４の表面上に、選択的に、２次元電子ガス濃度制御層１５、絶縁膜１６、アノード電極１７、およびカソード電極１８が設けられている。
【００４８】
基板１１は、主面（主表面）上にＩＩＩ族窒化物系化合物半導体を形成できる材料、たとえばシリコン（Ｓｉ）、サファイア、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等から構成されている。バッファ層１２は、基板１１上にＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層を好適に形成するための層である。バッファ層１２は、たとえば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層と窒化ガリウム（ＧａＮ）層とが交互に積層された公知の構造を有する。そして、基板１１およびバッファ層１２が基体を構成している。
【００４９】
第１半導体層としての電子走行層１３は、ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体としてのＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなり、具体的にたとえばアンドープのＧａＮからなる。また、第２半導体層としての電子供給層１４は、電子走行層１３よりもバンドギャップが広いＩＩＩ族窒化物系化合物半導体である、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる。ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮのＡｌ組成比ｙは、目標になる２次元電子ガス濃度に応じて設定し、Ｉｎ組成比ｘが０の場合に、好適には０．１５以上０．３５以下、より好適には０．２０以上０．３０以下、具体的にはたとえば０．２５である。また、電子供給層１４の膜厚は、好適には１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下、より好適には２０ｎｍ以上２５ｎｍ以下である。ここで、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の一部が構成され、この半導体積層体の内部における電子走行層１３の電子供給層１４との界面に２次元電子ガス（２ＤＥＧ）層が生じる。
【００５０】
ここで、電子供給層１４は、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮからなる単層に限定されず、バンドギャップが異なる複数種類のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体を積層した構造しても良く、具体的にたとえば、ＧａＮ層とＡｌＮ層とを順次複数回繰り返して積層した構造でも良い。この場合の電子供給層１４のバンドギャップは平均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層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。また、複数種類のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体を積層して電子供給層１４を構成する場合、電子供給層１４内に２ＤＥＧが発生しないように形成するのが好ましい。
【００５１】
また、第３半導体層の一部からなる２次元電子ガス濃度制御層１５は、電子走行層１３に生じる２ＤＥＧの濃度を局所的に変調させるために、電子供給層１４のバンドギャップより狭いＩＩＩ族窒化物系化合物半導体としてのＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなり、具体的にはたとえばＧａＮからなる。ここで、電子走行層１３に生じる２ＤＥＧのキャリア濃度（２ＤＥＧ濃度）は、２次元電子ガス濃度制御層１５の膜厚が大きいほど低下するように変調される。そのため、この実施の形態１において２次元電子ガス濃度制御層１５の膜厚は、たとえば２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましく、好適には、成長とエッチングを用いた膜厚制御により２ＤＥＧ濃度の制御が容易になる２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、より好適には、膜厚のばらつきによる２ＤＥＧ濃度のばらつきを受けにくくなる２５ｎｍ以上８０ｎｍ以下である。
【００５２】
また、この実施の形態１においては、電子走行層１３、電子供給層１４、および２次元電子ガス濃度制御層１５によって半導体積層体が構成される。なお、半導体積層体は、さらに他のＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる半導体層を適宜必要な部分に設けて構成しても良い。そして、２次元電子ガス濃度制御層１５により半導体積層体の内部の２ＤＥＧが変調される。これにより、半導体積層体には、２次元電子ガス濃度制御層１５の下方領域において２ＤＥＧ濃度が低い領域ａと、この領域ａからカソード電極１８に向かって２ＤＥＧ濃度の変調点Ｐ1を挟んで高濃度の領域Ａとが２水準で生じる。このように領域ａの２ＤＥＧ濃度を低濃度化させる領域、ここでは半導体積層体における領域ａが２次元電子ガス濃度制御領域となる。すなわち、この実施の形態１においては、２次元電子ガス濃度制御層１５によって２次元電子ガス濃度制御領域が規定される。そして、半導体装置１０を高耐圧化するための電界強度の観点から、２ＤＥＧ濃度制御領域内の領域ａの２ＤＥＧ濃度は、７×１０12ｃｍ-2未満にするのが好ましい。また、半導体装置１０のオン抵抗を低減する観点からは、２ＤＥＧ濃度制御領域以外の領域Ａの２ＤＥＧ濃度は、７×１０12ｃｍ-2以上にするのが好ましい。また、図１中の中央のグラフにおいて太実線で示すように、２次元電子ガス濃度制御層１５を単独で設けた場合には、２次元電子ガス濃度制御層１５のカソード電極１８側端部、すなわち変調点Ｐ1の電子供給層１４表面に沿った位置近傍（２次元電子ガス濃度制御層端Ｄ）が電界集中部となり、この部分で電界強度が極大となる。
【００５３】
また、第１電極としてのアノード電極１７は、電子供給層１４とショットキー接触する。すなわちアノード電極１７は、たとえばＮｉ／Ａｕの積層構造を有する。これにより、アノード電極１７は、電子供給層１４を介して電子走行層１３に発生した２ＤＥＧ層とショットキー接触する。なお、アノード電極１７は、電子供給層１４におけるアノード電極１７の形成領域をリセスエッチングによって除去し、２次元電子ガス濃度制御層１５の下層に存在する２ＤＥＧに対して側面からショットキー接触させても良い。
【００５４】
また、アノード電極１７は、２次元電子ガス濃度制御層１５上に乗り上げて少なくとも１段の段差を形成しているとともに、カソード電極１８側に向かってせり出すように延伸している。この実施の形態１においては、たとえば、アノード電極１７は、２次元電子ガス濃度制御層１５の側面および上面の一部に接触して設けられている。なお、アノード電極１７と２次元電子ガス濃度制御層１５との間に他の半導体膜や誘電体膜を介して互いに非接触としても良い。
【００５５】
第２電極としてのカソード電極１８は、電子供給層１４とオーミック接触する。すなわちカソード電極１８は、たとえば、下部電極層がＴｉ層で上部電極層がＡｌ層（以下、Ｔｉ／Ａｌ）からなる積層構造を有する。これにより、カソード電極１８は、電子供給層１４を介して電子走行層１３に発生した２ＤＥＧ層とオーミック接触する。
【００５６】
また、絶縁膜１６は、たとえば酸化シリコン（ＳｉＯ2）から構成される。絶縁膜１６は、主に、２次元電子ガス濃度制御層１５、アノード電極１７、カソード電極１８、および電子供給層１４の表面を保護する。ここで、上述した２次元電子ガス濃度制御層１５のカソード電極１８側端部の電界強度を低減するためには、この２次元電子ガス濃度制御層１５の端部の上方領域、かつアノード電極１７の下方領域における絶縁膜１６の膜厚を増加させるのが有効である。しかし、絶縁膜１６の膜厚を単に増加させるだけでは、図１中の中央のグラフに示すような、アノード電極１７の２次元電子ガス濃度制御層１５との接触端部（アノード端ＥA）の位置での電界が強まるだけである。この場合、リーク電流が増加したり電流コラプスが悪化したりするため、電界分散の観点からは、２次元電子ガス濃度制御層１５の端部とアノード電極１７の端部との間の絶縁膜１６の膜厚を単に増加させるのは好ましくない。
【００５７】
そこで、この実施の形態１においては、アノード電極１７に多段の階段状、たとえば２段の階段状にフィールドプレート部１７ａ，１７ｂを設ける。そして、アノード電極１７のフィールドプレート部１７ａ，１７ｂの下方領域において、絶縁膜１６の膜厚を、アノード電極１７側からカソード電極１８に向かって連続的または段階的に大きくなるように増加させる。これによって、フィールドプレート部１７ａ，１７ｂによる電界分散効果を得ることができる。その上で、２次元電子ガス濃度制御層１５の上方領域、かつフィールドプレート部１７ｂの下方領域の絶縁膜１６の膜厚ｄ10を５００ｎｍ以上とするのが好ましい。フィールドプレート部１７ａ，１７ｂとその下方領域の絶縁膜１６とを上述のように形成することにより、電界分散効果を維持しつつ２次元電子ガス濃度制御層１５のカソード電極１８側端部にかかる電界を緩和させることができる。
【００５８】
なお、この実施の形態１においては、絶縁膜１６をＳｉＯ2から構成しているが、その他の材料、具体的には窒化シリコン（ＳｉＮ）や酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3：アルミナ）などを用いても良い。また、絶縁膜１６を、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よい。この場合においても、フィールドプレート部１７ｂの下方領域における２次元電子ガス濃度制御層１５上の絶縁膜１６の膜厚ｄ10は、ＳｉＯ2の膜厚に換算して５００ｎｍ以上とするのが好ましい。ここで、ＳｉＯ2以外の、比誘電率εrxの誘電体の膜厚ｄｒから、ＳｉＯ2換算膜厚ｄに換算する場合には、以下の（１）式に従って算出することができる。なお、εrSiO2＝３．９〜４．１である。
ｄ＝（εrSiO2／εrx）ｄｒ……（１）
【００５９】
また、アノード電極１７を多段状に構成すると、アノード電極１７の絶縁膜１６側の屈曲端部（以下、電極エッジ部）、すなわち絶縁膜１６の階段状部分における膜厚が変化する部分の端部（以下、膜厚変化部）に対応する半導体積層体の表面の位置が電界集中部になる。具体的に、図１の中央のグラフにおいて実線で示すように、基板１１の主面に平行な面方向において、上述したアノード端ＥA、フィールドプレート部１７ａの屈曲部（第１フィールドプレート端ＦＰ1）、およびフィールドプレート部１７ｂのカソード電極１８側端部（第２フィールドプレート端ＦＰ2）が、電界強度が極大になる電界集中部となる。また、上述したように、２次元電子ガス濃度制御層端Ｄも電界集中部となる。そして、絶縁膜１６が誘電体から構成されるため電界集中に対しては高耐圧である一方、２次元電子ガス濃度制御層１５は窒化物系半導体から構成されるため、絶縁膜１６に比して絶縁破壊電界強度が低く電界に対する耐圧が低い。そこで、この２次元電子ガス濃度制御層１５の部分において電界集中を分散させる必要がある。
【００６０】
また、基板１１の主面に沿って、これらの電界集中部の間の間隔が小さいと、それぞれの電界集中部における電界が互いに干渉しあい、フィールドプレート部１７ａ，１７ｂによる電界分散効果を弱めてしまう。そのため、電界集中が最も問題となる２次元電子ガス濃度制御層１５のカソード電極１８側端部、すなわち２次元電子ガス制御領域におけるカソード電極１８側の第１変調点としての変調点Ｐ1と、アノード電極１７におけるフィールドプレート部１７ｂのカソード電極１８側端部との電界集中部どうしにおいて、互いの電界が相互に及ばないようにすれば、それぞれの間における電界分布のいわゆる裾どうしの重畳に由来する電界の極大点が存在しなくなるため好ましい。具体的には、変調点Ｐ1とフィールドプレート部１７ｂのカソード電極１８側端部との間の領域における電界強度が、変調点Ｐ1およびフィールドプレート部１７ｂのカソード電極１８側端部のうちの少なくとも一方における電界集中部の電界強度よりも小さくなるようにする。
【００６１】
そして、このような構成を実現するためには、たとえば、変調点Ｐ1とフィールドプレート部１７ｂのカソード電極１８側端部との間の基板１１の主面に沿った電界強度分布において、変調点Ｐ1の周辺とフィールドプレート部１７ｂのカソード電極１８側端部の周辺との電界強度分布におけるそれぞれの半値幅の和が、変調点Ｐ1とフィールドプレート部１７ｂのカソード電極１８側端部との間の距離よりも小さくなるようにするのがより好ましい。
【００６２】
さらに、２次元電子ガス濃度制御層１５がＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮからなることから、Ｉｎ組成比ｘおよびＡｌ組成ｙが０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１の範囲において、その比誘電率は８．５〜１３．５、バンドギャップエネルギーは１．９〜６．２ｅＶとなる。そこで、高耐圧の半導体装置１０において上述の状態を実現するためには、具体的にたとえば、２次元電子ガス制御領域におけるカソード電極１８側の変調点Ｐ1と、アノード電極１７におけるフィールドプレート部１７ｂのカソード電極１８側端部との基板１１の主面に沿った間隔ｌ0を、１μｍ以上、好適には、２μｍ以上とするのが好ましい。また、同様の理由から、アノード電極１７における電極エッジ部や絶縁膜１６の膜厚変化部などの電界集中部の間の、基板１１の主面に沿った間隔ｌ1は、０．５μｍ以上とするのが好ましく、各電界集中部間の干渉による電流コラプスの影響をさらに抑えることができる点から、１μｍ以上とするのがより好ましい。以上の間隔ｌ0，ｌ1は、６００Ｖ以上の耐圧を有する半導体装置に適用するのが好ましいが、必ずしもこのような半導体装置のみに限定されるものではない。また、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮからなる２次元電子ガス濃度制御層１５において、Ｉｎ組成比ｘおよびＡｌ組成比ｙが０≦ｘ≦０．３、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１の範囲では、その比誘電率は８．５〜１０．７、バンドギャップエネルギーは２．８〜６．２ｅＶとなる。このとき、２次元電子ガス制御領域におけるカソード電極１８側の変調点Ｐ1と、アノード電極１７におけるフィールドプレート部１７ｂのカソード電極１８側端部との基板１１の主面に沿った間隔ｌ0は、１μｍ以上、より好適には２μｍ以上とすることで、電界集中を効果的に分散できるため、より好ましい。
【００６３】
さらに、基板１１の主面に平行な面に沿って、アノード電極１７におけるフィールドプレート構造のうちの最上段のフィールドプレート部１７ｂのカソード電極１８側端部と、最上段から１段下がったフィールドプレート部１７ａの屈曲端部との間、好適には幅方向中央部に、２次元電子ガス制御領域におけるカソード電極１８側の変調点Ｐ1が位置するように構成する。具体的には、基板１１の主面に沿って、フィールドプレート部１７ｂのカソード電極１８側端部と、フィールドプレート部１７ａの電極エッジ部との間、好適には幅方向中央部に、２次元電子ガス濃度制御層１５のカソード電極１８側端部が位置するように構成する。換言すると、２次元電子ガス濃度制御層１５のカソード電極１８側端部は、その他の電界集中部、たとえば絶縁膜１６の膜厚変化部やアノード電極１７の電極エッジ部の下方以外、好適には、隣り合う電界集中部の幅方向中央部に位置させるのが好ましい。これにより、２次元電子ガス制御領域における電界分散効果をより一層効果的に奏することが可能になる。
【００６４】
ここで、図１の下部のグラフは、図１の中央の実線および太実線のグラフが組み合わされた電界分布を示すグラフである。この下部のグラフに示すように、基板１１の主面に沿って、２次元電子ガス濃度制御層１５のカソード電極１８側端部を、アノード電極１７およびフィールドプレート部１７ａ，１７ｂにより分散された電界集中部の間に位置させることにより、フィールドプレート部１７ａ，１７ｂによる電界分散効果を維持しつつ、これらの電界集中部の電界強度を低減できる。さらに、２次元電子ガス濃度制御層１５のカソード電極１８側端部における電界強度も低減できるので、半導体装置１０の電流コラプスの低減および高耐圧化を実現できる。
【００６５】
また、本発明者の知見によれば、アノード電極１７の屈曲部において、その屈曲角度が９０度以下の鋭角になると、この屈曲部に電荷が集中して電界が強くなる。そのため、アノード電極１７における電界強度を抑制するためには、絶縁膜１６の階段状部分における膜厚変化部近傍の傾斜角度θを９０度未満にするのが好ましく、６０度未満がより好ましい。これにより、絶縁膜１６にせり出して設けられるアノード電極１７の屈曲部の下方部分における角度が、９０度より大きく、好適には１２０度より大きくなるため、アノード電極１７の近傍における電界強度の増加を抑制できる。
【００６６】
さらに、フィールドプレート部１７ｂのカソード電極１８側端部と、カソード電極１８のアノード電極１７側端部との基板１１の主面に沿った間隔をＬyとする。なお、間隔Ｌyは、カソード電極１８の形状が電子供給層１４上で一様でない場合においても同様であり、その形状は限定されない。また、フィールドプレート部１７ｂのカソード電極１８側端部と、２ＤＥＧ濃度の変調点のうちの、フィールドプレート部１７ｂのカソード電極１８側端部から連続して変調されているアノード電極１７側の第２変調点としての変調点Ｐ2との基板１１の主面に沿った間隔をＬxとする。そして、逆バイアス印加時において、低電圧が印加されるアノード電極１７と基板１１とが同電位の、いわゆるアノード接地の場合、半導体装置１０に対する逆バイアス印加時の電界分布から、フィールドプレート部１７ｂのカソード電極１８側端部直下で、基板１１の主面に平行な面方向の部分において電界強度が強まって電流コラプスが悪化することによるオン抵抗の増加を防止するためには、Ｌy≧Ｌxとするのが好ましい。ここで、この実施の形態１による半導体装置１０において６００Ｖ以上の耐圧を実現するためには、間隔Ｌxは、５μｍ以上２０μｍ以下、間隔Ｌyは、５μｍ以上３０μｍ以下とするのが好ましい。
【００６７】
また、本発明者が実験から得た知見によれば、フィールドプレート部１７ａ，１７ｂの下方領域における絶縁膜１６の段差をそれぞれ、上方に向かって段階的に大きくなるようにすることによって、電界をより一層緩和することができる。すなわち、電界を緩和する観点からは、フィールドプレート部１７ｂの下方領域における絶縁膜１６の段差ｄ1を、フィールドプレート部１７ａの下方領域における絶縁膜１６の膜厚ｄ0より大きくする（ｄ0＜ｄ1）のが好ましい。
【００６８】
以上のようにして、この実施の形態１による半導体装置１０が構成されている。そして、この半導体装置１０は、次のように製造することができる。
【００６９】
すなわち、まず、基板１１上に、たとえばＭＯＣＶＤ法等の結晶成長法を用いて、バッファ層１２、電子走行層１３、および電子供給層１４を順次成長させる。次に、電子供給層１４上に、２次元電子ガス濃度制御層１５となるべき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炭素などの不純物をドーピングしてもよい。ここで、この半導体層の成長は、具体的に次のようにして行うことができる。すなわち、たとえば有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  ＣＶＤ）法により、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）とアンモニア（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、トリメチルアルミニウム（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。その後、たとえば反応性イオンエッチング法などのドライエッチング法を用いることにより、選択エッチングを行って、後に２次元電子ガス濃度制御領域となる領域以外の半導体層を選択的に除去することにより、２次元電子ガス濃度制御層１５を形成する。
【００７０】
その後、たとえばスパッタリング法およびリフトオフ法によりカソード電極１８を形成する。次に、たとえばプラズマエンハンスト化学気相成長（ＰＥＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＣＶＤ）法とフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とを順次適宜用いることにより、階段状部分を有する絶縁膜１６の一部を形成する。次に、スパッタリング法およびリフトオフ法によりアノード電極１７を形成する。その後、アノード電極１７の少なくとも一部を覆うように絶縁膜１６の残部を形成する。以上の工程により、この実施の形態１による半導体装置１０が製造される。
【００７１】
以上説明した本発明の実施の形態１によれば、部分的に２ＤＥＧ濃度が変調される電子走行層１３、電子供給層１４、および２次元電子ガス濃度制御層１５からなる半導体積層体と、少なくとも半導体積層体上に設けられる絶縁膜１６と、アノード電極１７およびカソード電極１８とを備えた半導体装置１０において、アノード電極１７がカソード電極１８に向かって絶縁膜１６にせり出したフィールドプレート部１７ａ，１７ｂを有し、フィールドプレート部１７ａ，１７ｂの下方領域における絶縁膜１６の膜厚が、アノード電極１７側に比してカソード電極１８側が連続的または段階的に大きくなるように構成され、電子走行層１３内の２次元電子ガス濃度制御領域における２ＤＥＧ濃度が、変調点Ｐ1，Ｐ2を挟んでその他の領域Ａの２ＤＥＧ濃度より低くなるように変調され、変調点のうちのカソード電極１８側の位置にある変調点Ｐ1がフィールドプレート部１７ａ，１７ｂから基板１１に向かう下方領域内にあるとともに、変調点Ｐ1とフィールドプレート部１７ｂのカソード電極１８側の端部との間の間隔ｌ0を、基板１１の主面に沿って１μｍ以上としていることにより、２次元電子ガス濃度制御層１５のカソード電極１８側端部の電界集中部を、フィールドプレート部１７ｂにより生じる他の電界集中部からずれた位置にすることができる。したがって、２次元電子ガス濃度制御層１５の部分において電界分散効果を得ることができ、半導体装置１０において、高耐圧化、電流コラプスの低減、およびリーク電流の低減をより一層の向上させることが可能となる。
【００７２】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２による半導体装置について説明する。図２は、この実施の形態２によるショットキーバリアダイオードである半導体装置２０を示す模式的な断面図である。
【００７３】
図２に示すように、実施の形態２による半導体装置２０においては、電子走行層１３上に、選択的にリセス部２１ａが形成された電子供給層２１が設けられている。このリセス部２１ａによって、電子走行層１３内において２ＤＥＧ濃度が変調され、変調点Ｐ1，Ｐ2を挟んで、他の領域Ａに比して２ＤＥＧ濃度が低い領域ａを含む２次元電子ガス濃度制御領域が構成される。また、アノード電極２２は、一部がリセス部２１ａ内に設けられつつ、リセス部２１ａの上方領域に絶縁膜１６にせり出してフィールドプレート部２２ａ，２２ｂが設けられている。そして、実施の形態１と同様の理由から、具体的には、リセス部２１ａのカソード電極１８側の端部、すなわちカソード電極１８側の変調点Ｐ1が、フィールドプレート部２２ａ，２２ｂの下方領域に位置するとともに、フィールドプレート部２２ｂのカソード電極１８側端部からの間隔ｌ0が基板１１の主面に沿って１μｍ以上、好適には２μｍ以上になるように構成される。
【００７４】
また、電子走行層１３の領域ａの２ＤＥＧ濃度は、リセス部２１ａの底面部分における電子供給層２１の膜厚に応じて変化する。ここで、２ＤＥＧ濃度を十分な量だけ変調させることができる点から、リセス部２１ａの深さは電子供給層２１の膜厚の４分の１（１／４）以上にするのが、好ましい。しかしながら、電子供給層２１に設けられたリセス部２１ａが電子走行層１３にまで達すると、２ＤＥＧ層が消去してしまう。これにより、２ＤＥＧ濃度の制御が困難になるため、リセス部２１ａの深さは、リセス部２１ａ以外の領域における電子供給層２１の膜厚未満とするのが好ましい。さらに、実施の形態１におけると同様の理由により、リセス部２１ａのカソード電極１８側端部の上方領域、かつフィールドプレート部２２ｂの下方領域の絶縁膜１６の膜厚ｄ20をＳｉＯ2膜に換算して５００ｎｍ以上とするのが好ましい。これによって、電界分散効果を維持しつつリセス部２１ａのカソード電極１８側端部における電界を緩和できる。その他の構成については、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００７５】
以上のように構成された半導体装置２０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２１を順次成長させる。次に、リソグラフィ工程およびエッチング工程により、電子供給層２１の２次元電子ガス濃度制御領域を構成する部分に、選択的にリセス部２１ａを形成する。その後、実施の形態１と同様にして、電子供給層２１上に、カソード電極１８、および絶縁膜１６を順次形成した後、リセス部２１ａの上方領域を、絶縁膜１６を介して覆うように２段のフィールドプレート部２２ａ，２２ｂを有するアノード電極２２を形成する。その他の工程については実施の形態１と同様に行い、実施の形態２による半導体装置２０を製造する。
【００７６】
以上説明した本発明の実施の形態２によれば、２次元電子ガス濃度制御領域ａの上方領域にフィールドプレート部２２ａ，２２ｂを設け、リセス部２１ａのカソード電極１８側端部、すなわち２次元電子ガス濃度制御領域を規定する変調点のうちのカソード電極１８側の変調点Ｐ1と、フィールドプレート部２２ａのカソード電極１８側端部との間隔ｌ0を１μｍ以上にしていることにより、実施の形態１と同様の効果を得ることが可能となる。
【００７７】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３によるショットキーバリアダイオードである半導体装置について説明する。図３は、実施の形態３による半導体装置３０の模式的な断面図である。
【００７８】
図３に示すように、実施の形態３による半導体装置３０においては、電子供給層１４と２次元電子ガス濃度制御層３１と絶縁膜１６の階段状部分との上に、アノード電極３２が設けられている。そして、実施の形態１と異なり、アノード電極３２は、２次元電子ガス濃度制御層３１上に１段乗り上げているとともに、絶縁膜１６上に３段のフィールドプレート部３２ａ，３２ｂ，３２ｃを有する。すなわちアノード電極３２は、４段のフィールドプレート構造を有する。なお、アノード電極３２の下方領域における絶縁膜１６の段数については、特に限定するものではないが、製造工程数の増加に伴うコストを考慮すると、３段が好ましい。
【００７９】
また、最上段のフィールドプレート部３２ｃのカソード電極１８側端部、および２次元電子ガス濃度制御層３１のカソード電極１８側端部は電界集中部になる。そこで、実施の形態１と同様の理由から、フィールドプレート部３２ｃのカソード電極１８側端部と、２次元電子ガス濃度制御層３１のカソード電極１８側端部、すなわち２ＤＥＧ濃度の変調点Ｐ1との、基板１１の主面に沿った間隔ｌ0は、１μｍ以上、好適には２μｍ以上になるように構成するのが好ましい。さらに、２次元電子ガス濃度制御層３１の上方領域、かつ最上段のフィールドプレート部３２ｃの下方領域における絶縁膜１６の膜厚ｄ30は、ＳｉＯ2膜に換算して５００ｎｍ以上になるように構成されている。また、基板１１の主面に沿って、２次元電子ガス濃度制御層３１上に接したアノード電極３２のカソード電極１８側端部とフィールドプレート部３２ａの電極エッジ部との間隔ｌ1、およびフィールドプレート部３２ａ，３２ｂのそれぞれの電極エッジ部間の間隔ｌ2はいずれも、０．５μｍ以上が好ましく、１μｍ以上とするのが、各電界集中部間の干渉による電流コラプスの影響をさらに抑えることができる点から、より好ましい。
【００８０】
また、フィールドプレート部３２ｃのカソード電極１８側端部とカソード電極１８のアノード電極３２側端部との基板１１の主面に沿った間隔をＬyとし、フィールドプレート部３２ｃのカソード電極１８側端部と、フィールドプレート部３２ｃのカソード電極１８側端部から連続して変調されているアノード電極３２側の変調点Ｐ2との基板１１の主面に沿った間隔をＬxとする。この場合、半導体３０に対する逆バイアス印加時においてアノード接地の場合、実施の形態１と同様の理由から、Ｌy≧Ｌxとするのが好ましい。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、説明を省略する。
【００８１】
以上説明した本発明の実施の形態３によれば、実施の形態１，２と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４によるショットキーバリアダイオードである半導体装置について説明する。図４は、半導体装置４０を示す模式的な断面図である。
【００８３】
図４に示すように、実施の形態４による半導体装置４０においては、電子供給層１４と２次元電子ガス濃度制御層４１と絶縁膜１６の階段状部分との上に、アノード電極４２が設けられている。そして、アノード電極４２は、２次元電子ガス濃度制御層４１上に１段乗り上げているとともに、実施の形態１，３と異なり、絶縁膜１６上に５段のフィールドプレート部４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅを有する。すなわちアノード電極４２は、６段のフィールドプレート構造を有する。
【００８４】
また、最上段のフィールドプレート部４２ｅのカソード電極１８側端部、および２次元電子ガス濃度制御層４１のカソード電極１８側端部は電界集中部になる。そこで、実施の形態１と同様の理由から、フィールドプレート部４２ｅのカソード電極１８側端部と、２次元電子ガス濃度制御層４１のカソード電極１８側端部、すなわち２ＤＥＧ濃度の変調点Ｐ1との、基板１１の主面に沿った間隔ｌ0は、１μｍ以上、好適には２μｍ以上になるように構成するのが好ましい。
【００８５】
また、フィールドプレート部４２ａ〜４２ｄの電極エッジ部はそれぞれ電界集中部になる。電界集中部間の距離が近いと電界が互いに干渉しあい、フィールドプレート構造による電界分散効果を弱めることになる。そこで、フィールドプレート部４２ｄ，４２ｃのそれぞれの電極エッジ部間の間隔ｌ1、フィールドプレート部４２ｃ，４２ｂのそれぞれの電極エッジ部間の間隔ｌ2、フィールドプレート部４２ｂ，４２ａのそれぞれの電極エッジ部間の間隔ｌ3はいずれも、０．５μｍ以上が好ましく、１μｍ以上がより好ましい。
【００８６】
また、階段状に形成されたフィールドプレート部４２ａ〜４２ｅの下方領域における絶縁膜１６の段差をそれぞれ、上方に向かって段階的に大きくすることによって、電界の強度をより一層緩和することができる。すなわち、それぞれのフィールドプレート部４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅの下方領域における絶縁膜１６の段差をそれぞれ、ｄ0，ｄ1，ｄ2，ｄ3，ｄ4とすると、それぞれの段差は等しくても良いが、ｄ0＜ｄ1＜ｄ2＜ｄ3＜ｄ4とするのがより好ましい。なお、実施の形態１と同様に、フィールドプレート部４２ｅの下方領域における絶縁膜１６の膜厚であるｄ0＋ｄ1＋ｄ2＋ｄ3＋ｄ4のＳｉＯ2換算膜厚は５００ｎｍ以上が好ましい。
【００８７】
さらに、フィールドプレート部４２ｅのカソード電極１８側端部とこのカソード電極１８のアノード電極４２側端部との基板１１の主面に沿った間隔をＬｙとし、フィールドプレート部４２ｅのカソード電極１８側端部と、２次元電子ガス濃度制御層４１のカソード電極１８側端部から連続している変調されているアノード電極４２側の変調点Ｐ2との、基板１１の主面に沿った間隔をＬｘとすると、逆バイアス印加時においてアノード接地の場合、実施の形態１，２，３と同様の理由から、Ｌy≧Ｌxとするのが好ましい。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と同様であるので、説明を省略する。
【００８８】
以上説明した本発明の実施の形態４によれば、実施の形態１〜３と同様の効果を得ることができるとともに、アノード電極４２をフィールドプレート部４２ａ〜４２ｅによって多段状のフィールドプレート構造としていることにより、２次元電子ガス濃度制御層４１に印加される電界をさらに分散させて、電界集中部における電界強度をより一層緩和することが可能になる。
【００８９】
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５によるＨＥＭＴ型電界効果トランジスタである半導体装置について説明する。図５は、この実施の形態５による半導体装置５０を示す模式的な断面図である。
【００９０】
図５に示すように、実施の形態５による半導体装置５０は、基板１１、バッファ層１２、電子走行層１３、電子供給層１４、２次元電子ガス濃度制御層５１、絶縁膜５２、ゲート電極５３、ドレイン電極５４、およびソース電極５５を備える。
【００９１】
第３半導体層の一部からなる２次元電子ガス濃度制御層５１は、電子走行層１３に生じる２ＤＥＧの濃度を局所的に変調させるために、電子供給層１４のバンドギャップより狭いＩＩＩ族窒化物系化合物半導体、具体的にはたとえばＧａＮから構成される。ここで、電子走行層１３に生じる２ＤＥＧ濃度は、２次元電子ガス濃度制御層５１の膜厚が大きいほど低下するように変調される。そのため、この実施の形態５において、２次元電子ガス濃度制御層１５の膜厚は、たとえば２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましく、好適には成長とエッチングを用いた膜厚制御により２ＤＥＧ濃度の制御が容易な２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、より好適には膜厚ばらつきによる２ＤＥＧ濃度のばらつきを受けにくい２５ｎｍ以上８０ｎｍ以下である。
【００９２】
また、この実施の形態５においては、電子走行層１３、電子供給層１４、および２次元電子ガス濃度制御層５１によって半導体積層体が構成される。そして、２次元電子ガス濃度制御層５１により半導体積層体の内部の２ＤＥＧ濃度が変調される。これにより、２ＤＥＧ濃度の変調点Ｐ1，Ｐ2を挟んで２次元電子ガス濃度制御層５１の下方領域における２ＤＥＧ濃度が低い領域ａ、すなわち２次元電子ガス濃度制御領域が規定される。そして、半導体装置５０を高耐圧化するための電界強度の観点からは、低濃度の領域ａの２ＤＥＧ濃度は、７×１０12ｃｍ-2以下にするのが好ましい。また、半導体装置５０のオン抵抗を低減する観点から、２ＤＥＧ濃度が領域ａに比して高い領域Ａのキャリア濃度は、７×１０12ｃｍ-2よりも高くするのが好ましい。
【００９３】
第２電極としてのドレイン電極５４および第３電極としてのソース電極５５は、電子供給層１４上に設けられ、たとえばＴｉ／Ａｌの積層構造から構成される。これにより、ドレイン電極５４およびソース電極５５は、電子供給層１４を介して電子走行層１３に発生した領域Ａにおける２ＤＥＧ層とオーミック接触する。
【００９４】
また、第１電極としてのゲート電極５３は、ドレイン電極５４とソース電極５５との間に配置され、２次元電子ガス濃度制御層５１上、および絶縁膜５２にせり出して設けられている。このゲート電極５３は、たとえばＮｉ／Ａｕの積層構造から構成される。これによって、ゲート電極５３は、２次元電子ガス濃度制御層５１および電子供給層１４を介して、２次元電子ガス濃度制御層５１によって２ＤＥＧ濃度が変調されて低減された電子走行層１３中の領域ａの２ＤＥＧ層とショットキー接触する。
【００９５】
また、絶縁膜５２は、たとえばＳｉＯ2から構成される。絶縁膜５２は、主に、２次元電子ガス濃度制御層５１と、ゲート電極５３と、ドレイン電極５４と、ソース電極５５と、電子供給層１４の表面とを保護する。また、２次元電子ガス濃度制御層５１のドレイン電極５４側端部の電界強度を低減するためには、この２次元電子ガス濃度制御層５１の端部の上方領域かつゲート電極５３の下方領域に配置される絶縁膜５２の膜厚を増加させるのが有効である。ところが、この部分の絶縁膜５２の膜厚を単に増加させるのみでは、ゲート電極５３の２次元電子ガス濃度制御層５１との接触端部（ゲート端）の位置での電界が強まってしまう。そこで、この実施の形態５においては、ゲート電極５３に多段の階段状、たとえばドレイン電極５４に向かって３段の階段状にフィールドプレート部５３ａ，５３ｂ，５３ｃがせり出すように延伸して設けられている。その上で、２次元電子ガス濃度制御層５１の上方領域かつフィールドプレート部５３ｃの下方領域の絶縁膜５２の膜厚ｄ50を５００ｎｍ以上とするのが好ましい。これによって、電界分散効果を維持しつつ２次元電子ガス濃度制御層５１のゲート端の部分における電界を緩和させることができる。なお、絶縁膜５２を、ＳｉＮやＡｌ2Ｏ3などのＳｉＯ2以外の誘電体材料、または複数種類の材料を適宜組合せたり順次積層させたりして構成する場合には、膜厚ｄ50として、上述した（１）式に基づいてＳｉＯ2換算膜厚ｄに換算した値が５００ｎｍ以上とするのが好ましい。
【００９６】
また、ゲート電極５３を多段状に構成する場合、ゲート電極５３における電極エッジ部、すなわち絶縁膜５２の膜厚変化部が電界集中部になる。さらに、上述したように、２次元電子ガス濃度制御層５１におけるドレイン電極５４側端部も電界集中部となる。そして、これらの電界集中部の間の間隔が小さいと電界が互いに干渉しあい、フィールドプレート部５３ａ〜５３ｃによる電界分散効果を弱めてしまう。そのため、実施の形態１と同様の理由から、電界集中が最も問題となる２次元電子ガス濃度制御層５１のドレイン電極５４側端部と、ゲート電極５３におけるフィールドプレート部５３ｃのドレイン電極５４側端部との、基板１１の主面に平行な面に沿った間隔ｌ0は、１μｍ以上が好ましく、２μｍ以上がより好ましい。また、同様の理由から、基板１１の主面に平行な面に沿って、フィールドプレート部５３ｂ，５３ａのそれぞれの電極エッジ部間の間隔ｌ1、および２次元電子ガス濃度制御層５１上に接したゲート電極５３のドレイン電極５４側端部とフィールドプレート部５３ａの電極エッジ部との間隔ｌ2はいずれも、０．５μｍ以上が好ましく、各電界集中部間の干渉による電流コラプスの影響をさらに抑えることができる点から、１μｍ以上とするのがより好ましい。なお、これらの間隔ｌ0，ｌ1，ｌ2は、６００Ｖの耐圧を有する半導体装置に適用するのが好ましいが、必ずしもこのような半導体装置のみに限定されるものではない。
【００９７】
さらに、基板１１の主面に沿って、ゲート電極５３におけるフィールドプレート構造のうちの最上段のフィールドプレート部５３ｃのドレイン電極５４側端部と、最上段から１段下がったフィールドプレート部５３ｂの屈曲端部との間、好適には幅方向中央部に、２次元電子ガス制御領域におけるドレイン電極５４側の変調点Ｐ1が位置するように構成する。具体的には、基板１１の主面に沿って、フィールドプレート部５３ｂのドレイン電極５４側端部と、フィールドプレート部５３ｂの電極エッジ部との間、好適には幅方向中央部に、２次元電子ガス濃度制御層５１のドレイン電極５４側端部が位置するように構成する。換言すると、２次元電子ガス濃度制御層５１のドレイン電極５４側端部は、その他の電界集中部、たとえば絶縁膜５２の膜厚変化部やゲート電極５３の電極エッジ部の下方以外、好適には、隣り合う電界集中部の幅方向中央部に位置させるのが好ましい。これにより、２次元電子ガス制御領域における電界分散効果をより一層効果的に奏することが可能になる。
【００９８】
また、ゲート電極５３の電極エッジ部における角度が９０°以下の鋭角になると、この屈曲部に電荷が集中して電界が強くなる。そのため、ゲート電極５３における電界強度を抑制するためには、絶縁膜５２の階段状部分における膜厚変化部近傍の傾斜角度θを９０°未満にするのが好ましく、６０°未満がより好ましい。これにより、絶縁膜５２にせり出して設けられるゲート電極５３のフィールドプレート部５３ａ〜５３ｃの電極エッジ部の角度が、鈍角、すなわち９０°より大きくなり、好適には１２０°より大きくなるため、ゲート電極５３における電界強度の増加を抑制できる。
【００９９】
ここで、フィールドプレート部５３ｃのドレイン電極５４側端部とこのドレイン電極５４のゲート電極５３側端部との、基板１１の主面方向に沿った間隔をＬyとする。なお、間隔Ｌyは、ドレイン電極５４の形状が電子供給層１４上で一様でない場合においても同様であり、その形状は限定されない。また、フィールドプレート部５３ｃのドレイン電極５４側端部と、２次元電子ガス濃度制御層５１のドレイン電極５４側端部の下方の変調点Ｐ1から連続して変調されているソース電極５５側の変調点Ｐ2との、基板１１の主面方向に沿った間隔をＬxとする。この場合、半導体装置５０の電源オフ時の電界分布から、フィールドプレート部５３ｃのドレイン電極５４側端部直下で、基板１１の主面に平行な面方向の部分において電界強度が強まり電流コラプスが悪化することによるオン抵抗の増加を防止するためには、Ｌy≧Ｌxとするのが好ましい。ここで、この実施の形態５による半導体装置５０において６００Ｖ以上の耐圧を実現するためには、間隔Ｌxは、５μｍ以上２０μｍ以下、間隔Ｌyは、５μｍ以上３０μｍ以下とするのが好ましい。
【０１００】
さらに、階段状に形成されたフィールドプレート部５３ａ〜５３ｃの下方領域における絶縁膜５２の段差をそれぞれ、上方に向かって段階的に大きくすることによって、電界をより一層緩和することができる。すなわち、それぞれのフィールドプレート部５３ａ，５３ｂ，５３ｃの下方領域における絶縁膜５２の段差をそれぞれ、ｄ0，ｄ1，ｄ2とすると、それぞれの段差は等しくても良いが、ｄ0＜ｄ1＜ｄ2になるようにするのがより好ましい。その他の構成および半導体装置の製造方法については、実施の形態１〜４と同様であるので、その説明を省略する。
【０１０１】
以上説明した本発明の実施の形態５によれば、部分的に変調された２次元電子ガス濃度制御領域を有する電子走行層１３、電子供給層１４、および２次元電子ガス濃度制御層５１からなる半導体積層体と、少なくとも半導体積層体上に設けられる絶縁膜５２と、ゲート電極５３、ドレイン電極５４およびソース電極５５を備えた半導体装置５０において、ゲート電極５３がドレイン電極５４に向かって絶縁膜５２にせり出したフィールドプレート部５３ａ〜５３ｃを有し、フィールドプレート部５３ａ〜５３ｃの下方領域の絶縁膜５２の膜厚が、ゲート電極５３側の膜厚に比してドレイン電極５４側の膜厚が連続的または段階的に大きくなるように構成され、２次元電子ガス濃度制御領域を構成する領域ａの２ＤＥＧ濃度が、変調点Ｐ1，Ｐ2を挟んでその他の領域Ａの２ＤＥＧ濃度より低くなるように変調され、変調点のうちのドレイン電極５４側の位置にある変調点Ｐ1が、フィールドプレート部５３ａ〜５３ｃから基板１１に向かう下方領域内にあるとともに、変調点Ｐ1とフィールドプレート部５３ｃのドレイン電極５４側端部との間の、基板１１の主面に沿った間隔ｌ0を１μｍ以上にしていることにより、２次元電子ガス濃度制御層５１のドレイン電極５４側端部の電界集中部を、フィールドプレート部５３ａ〜５３ｃの電極エッジ部に位置する他の電界集中部からずれた位置にすることができるので、２次元電子ガス濃度制御層５１における電界を分散させることができ、半導体装置５０において、高耐圧化、電流コラプスの低減、およびリーク電流の低減をより一層の向上させることが可能となり、実施の形態１〜４と同様の効果を得ることができる。
【０１０２】
（実施の形態６）
次に、実施の形態６によるＨＥＭＴ型電界効果トランジスタである半導体装置について説明する。図６は、この実施の形態６による半導体装置６０の模式的な断面図である。
【０１０３】
図６に示すように、実施の形態６による半導体装置６０は、実施の形態５と異なり、２次元電子ガス濃度制御層６１にリセス部６１ａが形成されている。なお、リセス部６１ａは、２次元電子ガス濃度制御層６１に対して従来公知のリソグラフィ工程およびエッチング工程により形成される。
【０１０４】
また、フィールドプレート部６２ａ，６２ｂ，６２ｃをドレイン電極５４側に向けて絶縁膜５２にせり出して延伸させたゲート電極６２が、２次元電子ガス濃度制御層６１上に、リセス部６１ａを通じて電子供給層１４に直接接するように設けられている。これにより、２次元電子ガス濃度制御層６１の下方領域の電子走行層１３内において、２ＤＥＧ層の２つの２ＤＥＧ濃度が低い領域ａが生じる。この場合、電子走行層１３内において、変調点ドレイン電極５４側から変調点Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4の４箇所存在し、変調点Ｐ1，Ｐ2の間の連続した領域と、変調点Ｐ3，Ｐ4の間の連続した領域とが、２ＤＥＧ濃度の低い領域ａからなる２次元電子ガス濃度制御領域を構成している。そして、実施の形態１におけると同様の理由から、電界集中が最も問題となる２次元電子ガス濃度制御層６１の最もドレイン電極５４側に近い端部、すなわち変調点Ｐ1の位置と、ゲート電極６２におけるフィールドプレート部６２ｃのドレイン電極５４側端部との、基板１１の主面に沿った間隔ｌ0は、１μｍ以上が好ましく、２μｍ以上がより好ましい。
【０１０５】
また、ゲート電極６２のフィールドプレート部６２ｃのドレイン電極５４側端部とこのドレイン電極５４のゲート電極５３側端部との、基板１１の主面方向に沿った間隔をＬyとする。また、フィールドプレート部６２ｃのドレイン電極５４側端部と、２次元電子ガス濃度制御層５１のドレイン電極５４側端部の下方の変調点Ｐ1から連続して変調されている領域ａのソース電極５５側の他方の変調点Ｐ2との、基板１１の主面方向に沿った間隔をＬxとする。この場合、実施の形態５におけると同様の理由から、Ｌy≧Ｌxとするのが好ましい。ここで、この実施の形態６による半導体装置６０において６００Ｖ以上の耐圧を実現するためには、間隔Ｌxは、５μｍ以上２０μｍ以下、間隔Ｌyは、５μｍ以上３０μｍ以下とするのが好ましい。その他の構成および製造方法は、実施の形態５と同様であるので、説明を省略する。
【０１０６】
この実施の形態６によれば、２次元電子ガス濃度制御層６１の最もドレイン電極５４側に近い端部から、フィールドプレート部６２ｃのドレイン電極５４側端部までの、基板１１の主面に沿った間隔ｌ0を１μｍ以上としていることにより、実施の形態５と同様の効果を得ることができる。
【０１０７】
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。たとえば、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よい。
【０１０８】
また、上述の実施の形態５，６においては、ゲート電極の端部を、ドレイン電極側およびソース電極側に向かって絶縁膜５２に乗り上げてせり出した、多段の階段状の構造としている。しかしながら、必ずしもこのような構造に限定されるものではなく、ゲート電極の端部のうちの少なくとも高電圧が印加される側のみ、具体的にたとえばゲート電極のドレイン電極側の端部のみを、絶縁膜５２に乗り上げてせり出した、多段の階段状の構造としてもよい。
【０１０９】
また、上述の実施の形態５，６においては、多段の階段状のフィールドプレート部をゲート電極に設けた構成について説明している。しかしながら、電界効果トランジスタにおけるフィールドプレート構造は、必ずしもゲート電極に設ける形態のみに限定されるものではない。具体的にたとえば、本発明は、特許文献２に記載されているような、フィールドプレート構造をソース電極に設ける形態に対しても、好適に適用できる。この場合、ソース電極のフィールドプレート構造のドレイン電極側端部が電界集中部の１つとなる。そして、この電界集中部が、１つの半導体素子内において生じる電界集中部の中で最もドレイン電極に近い側にある場合、２ＤＥＧ濃度のドレイン電極側の変調点Ｐは、基板の主面に沿った直線距離で、ソース電極のフィールドプレート構造のドレイン電極側の端部から１μｍ以上、好適には２μｍ以上離すのが好ましい。
【０１１０】
また、上述の実施の形態においては、電子供給層がＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）から構成され、電子走行層１３および２次元電子ガス濃度制御層１５がＧａＮから構成されている。しかしながら、これらの層の構成材料は上記のものに限定されない。すなわち、電子供給層は、電子走行層よりもバンドギャップが広いＩＩＩ族窒化物系化合物半導体から構成されていればよい。また、２次元電子ガス濃度制御層は、電子供給層よりもバンドギャップが狭いＩＩＩ族窒化物系化合物半導体から構成されていればよい。ここで、ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体は、化学式ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＡｓuＰvＮ1-u-v（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１、０≦ｕ＜１、０≦ｖ＜１、０≦ｕ＋ｖ＜１）で表されるものである。
【０１１１】
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電極である。そのため、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よい。
【０１１２】
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は、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よい。
【０１１３】
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電極である。ただし、本発明ではこれに限定されず、たとえばＴｉ、Ａｌ、シリコン（Ｓｉ）、鉛（Ｐｂ）、クロム（Ｃｒ）、Ｉｎ、Ｔａのうち少なくとも１つを含む金属膜、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｔａのうち少なくとも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よい。
【０１１４】
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２次元電子ガス濃度制御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。
【０１１５】
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、および２次元電子ガス濃度制御層を含み、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、２次元電子ガス濃度制御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。
【０１１６】
また、上述の実施の形態において、実施の形態１，２を適宜組み合わせて、２次元電子ガス濃度制御層１５とリセス部２１ａとを隣接して設けることによって、２次元電子ガス濃度制御領域を構成するようにしても良い。この場合、２ＤＥＧ濃度は３水準に変調される。なお、この場合においても、電界集中部を分散させて電界強度を緩和するために、２次元電子ガス濃度制御領域はフィールドプレート部の下方領域に収まるように構成され、２次元電子ガス濃度制御領域のアノード電極側端部と最上段のフィールドプレートのカソード電極側端部との、基板１１の主面に平行な面に沿った間隔ｌ0を１μｍ以上、好適には２μｍ以上にする。また、ＨＥＭＴ型ＦＥＴにおいても、同様の構成を採用することが可能である。
【符号の説明】
【０１１７】
１０，２０，３０，４０，５０，６０  半導体装置
１１  基板
１２  バッファ層
１３  電子走行層
１４，２１  電子供給層
１５，３１，４１，５１，６１  ２次元電子ガス濃度制御層
１６，５２  絶縁膜
１７，２２，３２，４２  アノード電極
１７ａ，１７ｂ，２２ａ，２２ｂ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅ，５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，６２ａ，６２ｂ，６２ｃ  フィールドプレート部
１８  カソード電極
２１ａ，６１ａ  リセス部
５３，６２  ゲート電極
５４  ドレイン電極
５５  ソース電極
Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4  変調点
【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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