(57)【要約】  窒化物半導体装置（１００）は、第１導電型の基板であって、第１面（Ｓ１）と、第１面（Ｓ１）と対向する第２面（Ｓ２）とを有する基板（１０１）と、基板（１０１）の第１面（Ｓ１）上に配置され、アクセプタ不純物を含む、第１導電型の第１窒化物半導体層（１０２）と、第１窒化物半導体層（１０２）の上に配置され、第１導電型と逆導電型の第２導電型の第２窒化物半導体層（１０３）と、基板（１０１）の第２面（Ｓ２）上に配置された第１電極（１２０）と、第１窒化物半導体層（１０２）の上に配置された第２電極（１２２）と、第２窒化物半導体層（１０３）の上に配置されたゲート電極（１２４）とを備える。
2016143265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の基板であって、第１面と、前記第１面と対向する第２面とを有する基板と、
前記基板の前記第１面上に配置され、アクセプタ不純物を含む、前記第１導電型の第１窒化物半導体層と、
前記第１窒化物半導体層の上に配置され、前記第１導電型と逆導電型の第２導電型の第２窒化物半導体層と、
前記基板の前記第２面上に配置された第１電極と、
前記第１窒化物半導体層の上に配置された第２電極と、
前記第２窒化物半導体層の上に配置されたゲート電極とを備える
窒化物半導体装置。
【請求項２】
前記窒化物半導体装置は、さらに、
前記第１窒化物半導体層と前記第２窒化物半導体層との間に配置され、ドナー不純物を含む、前記第１導電型の第３窒化物半導体層を備える
請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記ドナー不純物は、シリコンである
請求項２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
前記窒化物半導体装置は、さらに、
前記第１窒化物半導体層と前記第２窒化物半導体層との間に配置され、前記第１窒化物半導体層よりもバンドギャップが大きい、前記第１導電型の第４窒化物半導体層を備える
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】
前記窒化物半導体装置は、さらに、
前記第４窒化物半導体層を貫通し、少なくとも前記第１窒化物半導体層に到達する第１リセスを備え、
前記第２電極は、前記第１リセス内に配置されている
請求項４に記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
前記第１窒化物半導体層と前記第４窒化物半導体層との界面には、２次元電子ガスが形成され、
前記第２電極は、前記２次元電子ガスと接触している
請求項５に記載の窒化物半導体装置。
【請求項７】
前記窒化物半導体装置は、さらに、
前記第１窒化物半導体層と前記第２窒化物半導体層との間に、前記第１窒化物半導体層側から順に、第５窒化物半導体層、第６窒化物半導体層、第７窒化物半導体層が積層されており、
前記第５窒化物半導体層のバンドギャップは、前記第１窒化物半導体層のバンドギャップ以上であり、
前記第６窒化物半導体層のバンドギャップは、前記第５窒化物半導体層の前記バンドギャップよりも小さく、
前記第７窒化物半導体層のバンドギャップは、前記第１窒化物半導体層の前記バンドギャップ以上であり、かつ、前記第６窒化物半導体層の前記バンドギャップよりも大きい
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８】
前記第５窒化物半導体層と、前記第７窒化物半導体層とは同じ材料で構成されている
請求項７に記載の窒化物半導体装置。
【請求項９】
前記窒化物半導体装置は、さらに、
前記第１窒化物半導体層に形成された第２リセスを備え、
前記第２電極は、前記第２リセス内に形成され、かつ、前記第５窒化物半導体層、前記第６窒化物半導体層、前記第７窒化物半導体層の側面に接している
請求項８に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１０】
前記第１窒化物半導体層と前記第５窒化物半導体層との界面には、２次元電子ガスが形成され、
前記第２電極は、前記２次元電子ガスと接触している
請求項９に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１１】
前記アクセプタ不純物は、炭素又は遷移金属である
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１２】
前記ゲート電極が複数配置され、
前記複数のゲート電極の間には、前記第２電極が配置されている
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１３】
平面視において、前記ゲート電極は、円形状、多角形状、スリット状のいずれかである
請求項１２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１４】
前記第２電極が複数配置され、
前記複数の第２電極の間には、前記ゲート電極が配置されている
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１５】
平面視において、前記第２電極は、円形状、多角形状、スリット状のいずれかである
請求項１４に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１６】
前記第１電極がドレイン電極であり、前記第２電極がソース電極である
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】
前記第１電極がソース電極であり、前記第２電極がドレイン電極である
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１８】
前記ドレイン電極が、ショットキー電極である
請求項１６または１７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】
本開示は、半導体装置、特に窒化物半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
三族窒化物半導体は、シリコン（Ｓｉ）などの従来の半導体よりもバンドギャップ及び絶縁破壊電界が大きいため、高耐圧トランジスタの材料として有望である。三族窒化物半導体トランジスタの構造においては、三族窒化物半導体のヘテロ接合界面に生じる２次元電子ガスをチャネルとして用いる横型トランジスタが一般的である。しかしながら、横型トランジスタはそれぞれの電極が表面に平面的に並ぶ構造であるため、ドレイン電極端面に電界集中が発生して耐圧が低下しやすい。一方、ソース電極を表面側に、ドレイン電極を基板側に設置する縦型トランジスタならば、ドレイン電極に均一に電界がかかるため、高耐圧が期待できる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１４２２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
三族窒化物半導体縦型トランジスタは、高耐圧かつ低オン抵抗であるとともに、デバイス動作時の安全性の点からノーマリオフであることが要請される。三族窒化物半導体縦型トランジスタのチャネルには、一般的に、ドナーとして、例えば、Ｓｉをドーピングしたｎ型ＧａＮ層を用いる。このとき、オン抵抗を低くするためにＳｉドーピング濃度を高くしすぎると、多量の結晶欠陥が形成されるため、耐圧が著しく低下する。また、ソース電極とドレイン電極との間に電流が流れやすくなるため、該縦型トランジスタは、ノーマリオンとなる。一方、ノーマリオフや高耐圧化のためにＳｉドーピング濃度を低くすると、オン抵抗が高くなる。従って、従来の三族窒化物半導体縦型トランジスタにおいて、ノーマリオフ、低オン抵抗かつ高耐圧を両立することが非常に困難であった。【０００５】
上記課題に鑑み、本発明は、ノーマリオフ、高耐圧かつ低オン抵抗の三族窒化物半導体縦型トランジスタを実現することができる窒化物半導体装置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】
上述した課題を達成するため、本発明の一態様にかかる窒化物半導体装置は、第１導電型の基板であって、第１面と、前記第１面と対向する第２面とを有する基板と、前記基板の前記第１面上に配置され、アクセプタ不純物を含む、前記第１導電型の第１窒化物半導体層と、前記第１窒化物半導体層の上に配置され、前記第１導電型と逆導電型の第２導電型の第２窒化物半導体層と、前記基板の前記第２面上に配置された第１電極と、前記第１窒化物半導体層の上に配置された第２電極と、前記第２窒化物半導体層の上に配置されたゲート電極とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、ノーマリオフ、高耐圧かつ低オン抵抗の三族窒化物半導体縦型トランジスタを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施の形態１に係る半導体装置の平面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ’線における実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。
【図３】図３は、実施の形態１の変形例１に係る半導体装置の平面図である。
【図４】図４は、図３で示されたＢ−Ｂ’線における、実施の形態１の変形例１に係る半導体装置の断面図である。
【図５】図５は、実施の形態１の変形例２に係る半導体装置の平面図である。
【図６】図６は、図５で示されたＣ−Ｃ’線における、実施の形態１の変形例２に係る半導体装置の断面図である。
【図７】図７は、実施の形態１の変形例３に係る半導体装置の平面図である。
【図８】図８は、図７で示されたＤ−Ｄ’線における、実施の形態１の変形例３に係る半導体装置の断面図である。
【図９】図９は、実施の形態１の変形例４に係る半導体装置の平面図である。
【図１０】図１０は、図９で示されたＥ−Ｅ’線における、実施の形態１の変形例４に係る半導体装置の断面図である。
【図１１】図１１は、実施の形態２に係る半導体装置の平面図である。
【図１２】図１２は、図１１のＦ−Ｆ’線における実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。
【図１３】図１３は、実施の形態３に係る半導体装置の平面図である。
【図１４】図１４は、図１３のＧ−Ｇ’線における実施の形態３に係る半導体装置の断面図である。
【図１５】図１５は、実施の形態３の変形例に係る半導体装置の断面図である。
【図１６】図１６は、実施の形態４に係る半導体装置の平面図である。
【図１７】図１７は、図１６のＨ−Ｈ’線における実施の形態４に係る半導体装置の断面図である。
【図１８】図１８は、実施の形態４の変形例１に係る半導体装置の平面図である。
【図１９】図１９は、図１８のＩ−Ｉ’線における実施の形態４の変形例１に係る半導体装置の断面図である。
【図２０】図２０は、実施の形態４の変形例２に係る半導体装置の平面図である。
【図２１】図２１は、図２０のＪ−Ｊ’線における実施の形態４の変形例２に係る半導体装置の断面図である。
【図２２】図２２は、実施の形態４の変形例３に係る半導体装置の平面図である。
【図２３】図２３は、図２２のＫ−Ｋ’線における実施の形態４の変形例３に係る半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示に係る窒化物半導体装置の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。実質的に同一の構成に対して同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。また、以下の実施の形態において、製造方法が実質的に同一であるときは、説明を省略する場合がある。
【００１０】
本開示は、以下の実施の形態に限定されない。本開示の実施の形態及び変形例同士を組合せることも可能である。以下で説明する実施の形態は、いずれも一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
【００１１】
以下の実施の形態にかかる半導体装置において、第１導電型がＮ型であり、第２導電型がＰ型である。また、実施の形態にかかる半導体装置の構成の理解を容易にするために、平面図には、断面図に対応するハッチングを付している。
【００１２】
（実施の形態１）
以下、本開示における窒化物半導体装置の一態様として、実施の形態１にかかる半導体装置１００について説明する。
【００１３】
［１．半導体装置の構造］
図１は、実施の形態１に係る半導体装置１００の平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’線における実施の形態１に係る半導体装置１００の断面図である。本開示において、「平面視」とは、基板１０１の主面の法線方向から見ることを意味する。また、本実施の形態にかかる半導体装置の構成の理解を容易にするために、平面図には、断面図と同様の模様を付している。
【００１４】
実施の形態１に係る半導体装置１００は、第１面Ｓ１と、第１面Ｓ１と対向する第２面Ｓ２とを有する基板１０１と、基板１０１の第１面Ｓ１上に配置された第１窒化物半導体層１０２と、第１窒化物半導体層１０２の上に配置された第２窒化物半導体層とを備える。基板１０１及び第１窒化物半導体層１０２は、第１導電型である。第２窒化物半導体層１０３は、第２導電型である。
【００１５】
ここで、半導体装置１００は、本発明の窒化物半導体装置に相当する。
【００１６】
実施の形態１に係る半導体装置１００は、基板１０１の第２面Ｓ２上に配置された第１電極１２０と、第１窒化物半導体層１０２の上に配置された第２電極１２２と、第２窒化物半導体層１０３の上に配置されたゲート電極１２４とを備える。
【００１７】
基板１０１は、第１導電型であって、例えば、ＧａＮから構成される。第１窒化物半導体層１０２は、第１導電型であって、例えば、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）から構成される。第２窒化物半導体層１０３は、第２導電型であって、例えば、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）から構成される。
【００１８】
第１窒化物半導体層１０２は、アクセプタ不純物を含む。アクセプタとは、正孔を供給する原子のことをいう。本開示では、半導体層に注入されるアクセプタ原子をアクセプタ不純物と呼んでいる。アクセプタ不純物としては、例えば、炭素や遷移金属を用いることができる。第１窒化物半導体層１０２が炭素を含む場合、炭素濃度は、１×１０１６／ｃｍ２から１×１０１９／ｃｍ２であることが好ましい。
【００１９】
一般的に、窒化物半導体層を結晶成長する場合、結晶欠陥や残留不純物がドナーとして働くことによって、自然にｎ型となる。第１窒化物半導体層１０２に含まれるアクセプタ不純物が、これらのドナーを部分的に補償することによって、第１窒化物半導体層１０２は、高絶縁性となる。
【００２０】
第１窒化物半導体層１０２及び第２窒化物半導体層１０３のＡｌ組成（すなわち、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮにおけるｙの値）は、基板１０１との格子不整合歪みによる悪影響が出ない範囲において、高くすることが好ましい。この構成によって、各層のバンドギャップが増大するため、半導体装置の耐圧が向上する。
【００２１】
第２窒化物半導体層１０３は、例えば、マグネシウムを含む。第２窒化物半導体層１０３のマグネシウム濃度は、５×１０１７／ｃｍ２から５×１０２０／ｃｍ２であることが好ましい。
【００２２】
実施の形態１に係る半導体装置では、一例として、基板１０１は第１導電型のＧａＮ基板、第１窒化物半導体層１０２は第１導電型のＧａＮ層、第２窒化物半導体層１０３は第２導電型のＧａＮ層であるとする。
【００２３】
［２．半導体装置の動作］
［２−１．パターン１］
ここでは、第１電極１２０がソース電極であり、第２電極１２２がドレイン電極である場合の半導体装置１００の動作について説明する。ソース電極は、オーミック電極である。ドレイン電極は、オーミック電極であっても良いし、ショットキー電極であっても良い。以下、理解を容易にするために、第１電極１２０をソース電極１２０と呼び、第２電極１２２をドレイン電極１２２と呼ぶ。
【００２４】
実施の形態１に係る半導体装置１００において、例えば、ゲート電極１２４に０Ｖ、ソース電極１２０に０Ｖ、ドレイン電極１２２に＋１０００Ｖの電圧が印加されているとする。ここで、ゲート電極１２４とドレイン電極１２２とは横（基板の主面に平行な方向）に並ぶこととなるため、ドレイン電極１２２端面への電界集中による破壊が生じないように、ゲート電極１２４とドレイン電極１２２との間の距離は、２０μｍ程度とする。ソース電極１２０とドレイン電極１２２との間には高絶縁性の第１窒化物半導体層１０２が形成されているため、高耐圧かつノーマリオフが実現される。
【００２５】
次に、ゲート電極１２４に＋３．４Ｖ以上の電圧を印加すると、第２窒化物半導体層１０３から第１窒化物半導体層１０２に正孔が流入する。基板１０１はｎ型ＧａＮ層であり、第１電極１２０はソース電極であるため、基板１０１から第１窒化物半導体層１０２に電子が流入する。
【００２６】
第１窒化物半導体層１０２には、電子と正孔とが注入されるため、互いに再結合して発光する。発せられた光のエネルギーが、第１窒化物半導体層１０２を構成する材料のバンドギャップと同等以上であれば、第１窒化物半導体層１０２に直ちに吸収され、電子と正孔との対が形成される。ソース電極１２０とドレイン電極１２２との間において、第１窒化物半導体層１０２には、高電界が印加されているため、これらの電子と正孔との対が再結合する前に、正孔はソース電極１２０側に、電子はドレイン電極１２２側に乖離する。乖離した電子−正孔流が電流となる。
【００２７】
ゲート電極１２４に電圧が印加されている限り発光は継続するため、電流が流れ続ける。ゲート電極１２４の電圧を０Ｖとすると、発光が止まり、ソース電極１２０とドレイン電極との１２２間に流れる電流はゼロとなる。
【００２８】
上記の過程により、本来は電流が実質流れないはずの高絶縁性かつ高耐圧の第１窒化物半導体層１０２には、ゲート電圧印加に伴う光注入により電流が流れる。以上の構成から、高耐圧で低オン抵抗かつノーマリオフでのスイッチングが可能となる。
【００２９】
［２−２．パターン２］
ここでは、第１電極１２０がドレイン電極、第２電極１２２がソース電極である場合の半導体装置１００の動作について説明する。ソース電極は、オーミック電極である。ドレイン電極は、オーミック電極であっても良いし、ショットキー電極であっても良い。以下、理解を容易にするために、第１電極１２０をドレイン電極１２０と呼び、第２電極１２２をソース電極１２２と呼ぶ。
【００３０】
例えば、ゲート電極１２４に０Ｖ、ソース電極１２２に０Ｖ、ドレイン電極１２０に＋１０００Ｖの電圧が印加されているとする。ソース電極１２２とドレイン電極１２０との間には高絶縁性の第１窒化物半導体層１０２が形成されているため、高耐圧かつノーマリオフが実現される。
【００３１】
次に、ゲート電極１２４に＋３．４Ｖ以上の電圧を印加する。すると、第２窒化物半導体層１０３から第１窒化物半導体層１０２に正孔が流入する。第１窒化物半導体層１０２は高絶縁性ではあるものの、アクセプタ不純物により補償しきれていない残留ドナーが存在する。この残留ドナーによって生じた電子と、正孔とが再結合することによって発光が生じる。
【００３２】
このような構成により、パターン１と同様に、半導体装置１００では、第１窒化物半導体層１０２に光が吸収され、電子と正孔との対となる。該電子と正孔との対がソース電極１２２とドレイン電極１２０との間の電界によって乖離し、電流となる。ゲート電極１２４の電圧を０Ｖとすると発光が止まり、ソース電極１２２とドレイン電極１２０との間の電流はゼロとなる。
【００３３】
また、パターン１と同様に、上記の過程により、本来は電流が実質流れないはずの高絶縁かつ高耐圧の第１窒化物半導体層１０２には、ゲート電圧印加に伴う光注入により電流が流れる。以上の構成から、高耐圧で低オン抵抗かつノーマリオフでのスイッチングが可能となる。
【００３４】
［３．半導体装置の製造方法］
実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明する。なお、製造方法の順序は、一例であり、下記の順序には限定されず、当業者が適宜改変することが可能である。
【００３５】
まず、ＧａＮからなる基板１０１の主面上に、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、例えば、炭素濃度が３×１０１６／ｃｍ２のＧａＮからなり、膜厚が１２μｍの第１窒化物半導体層１０２を形成する。
【００３６】
次に、第１窒化物半導体層１０２上に、ＭＯＣＶＤ法により、例えば、マグネシウム濃度が１×１０１９／ｃｍ２のｐ型ＧａＮからなり、膜厚が５００ｎｍの第２窒化物半導体層１０３を成長する。
【００３７】
次に、第２窒化物半導体層１０３の上方にレジストを塗布し、パターニングを行う。レジストをパターニングした後に、第２窒化物半導体層１０３をドライエッチングする。
【００３８】
次に、例えば、ボロンイオンを第１窒化物半導体層１０２に注入することによって、素子分離部２０２を形成する。
【００３９】
次に、第２窒化物半導体層１０３をドライエッチングすることにより露出した第１窒化物半導体層１０２上に、例えば、膜厚が２０ｎｍのＴｉ層上に膜厚が２００ｎｍのＡｌ層を配置した第２電極１２２を形成する。
【００４０】
次に、基板１０１の第２面Ｓ２上に、例えば、膜厚が２０ｎｍのＴｉ層上に、膜厚が２００ｎｍのＡｌ層を配置した第１電極１２０を形成する。
【００４１】
次に、第２窒化物半導体層１０３上に、例えば、膜厚が１００ｎｍのＮｉ層上に、膜厚が５００ｎｍのＡｕ層を配置したゲート電極１２４を形成する。
【００４２】
［４．効果］
以上、本実施の形態にかかる半導体装置１００によると、電流が実質流れないはずの高絶縁かつ高耐圧の第１窒化物半導体層１０２に、ゲート電圧印加に伴う光注入により電流が流れる。これにより、ノーマリオフ、高耐圧かつ低オン抵抗の三族窒化物半導体縦型トランジスタを実現することができる。
【００４３】
（実施の形態１の変形例１）
次に、実施の形態１の変形例１に係る半導体装置１００ａについて説明する。
【００４４】
図３は、実施の形態１の変形例１に係る半導体装置１００ａの平面図である。図４は、図３で示されたＢ−Ｂ’線における半導体装置１００ａの断面図である。
【００４５】
図３に示すように、本変形例にかかる半導体装置１００ａは、平面視において、円形状の第２窒化物半導体層１０３が複数、第１窒化物半導体層１０２の上に配置されている。複数の第２窒化物半導体層１０３のそれぞれの上には、図４に示すように、ゲート電極１２４が配置されている。そして、複数の第２窒化物半導体層１０３の間には、第２電極１２２が配置されている。複数のゲート電極１２４は、互いに電気的に接続されていてもよい。
【００４６】
なお、各第２窒化物半導体層１０３の平面視における形状は、円形状に限らず、四角形等の多角形状であってもよい。また、複数の第２窒化物半導体層１０３の配置の仕方は、装置が正常に動作する限り、特に制限はない。
【００４７】
本変形例にかかる半導体装置１００ａでは、平面視において、第２電極１２２が占める面積を、ゲート電極１２４が占める面積よりも大きくすることによって、第１電極１２０と第２電極１２２との間、つまり、ソース電極とドレイン電極との間のチャネル領域を広くすることができるため、オン抵抗をさらに抑えることができる。
【００４８】
（実施の形態１の変形例２）
次に、実施の形態１の変形例２に係る半導体装置１００ｂについて説明する。
【００４９】
図５は、実施の形態１の変形例２に係る半導体装置１００ｂの平面図である。図６は、図５で示されたＣ−Ｃ’線における、実施の形態１の変形例２に係る半導体装置１００ｂの断面図である。
【００５０】
図５に示すように、本変形例にかかる半導体装置１００ｂは、平面視において、円形状の第２電極１２２が複数、第１窒化物半導体層１０２の上に配置されている。そして、複数の第２電極１２２の間には、第２窒化物半導体層１０３が配置されている。複数の第２窒化物半導体層１０３のそれぞれの上には、図６に示すように、ゲート電極１２４が配置されている。複数の第２電極１２２は、互いに電気的に接続されていてもよい。
【００５１】
なお、各第２電極１２２の平面視における形状は、円形状に限らず、四角形等の多角形状であってもよい。また、複数の第２電極１２２の配置の仕方は、装置が正常に動作する限り、特に制限はない。
【００５２】
本変形例にかかる半導体装置１００ｂでは、平面視において、ゲート電極１２４が占める面積を、第２電極１２２が占める面積よりも大きくすることができる。したがって、注入される正孔の濃度が高くなるため、より高確率で電子と正孔とを再結合させることが可能となる。
【００５３】
（実施の形態１の変形例３）
次に、実施の形態１の変形例３に係る半導体装置１００ｃについて説明する。
【００５４】
図７は、実施の形態１の変形例３に係る半導体装置１００ｃの平面図である。図８は、図７で示されたＤ−Ｄ’線における、実施の形態１の変形例３に係る半導体装置１００ｃの断面図である。
【００５５】
図７に示すように、本変形例にかかる半導体装置１００ｃは、平面視において、直線状の第２窒化物半導体層１０３が複数、第１窒化物半導体層１０２上に配置されている。複数の第２窒化物半導体層１０３のそれぞれの上には、図８に示すように、ゲート電極１２４が配置されている。そして、複数の第２窒化物半導体層１０３の間には、第２電極１２２が配置されている。複数のゲート電極１２４は、互いに電気的に接続されていてもよい。
【００５６】
本変形例にかかる半導体装置１００ｃでは、平面視において、第２電極１２２が占める面積を、ゲート電極１２４が占める面積よりも大きくすることによって、第１電極１２０と第２電極１２２との間、つまり、ソース電極とドレイン電極との間のチャネル領域を広くすることができるため、オン抵抗をさらに抑えることができる。
【００５７】
（実施の形態１の変形例４）
次に、実施の形態１の変形例４に係る半導体装置１００ｄについて説明する。
【００５８】
図９は、実施の形態１の変形例４に係る半導体装置１００ｄの平面図である。図１０は、図９で示されたＥ−Ｅ’線における、実施の形態１の変形例４に係る半導体装置１００ｄの断面図である。
【００５９】
図９に示すように、本変形例にかかる半導体装置１００ｄは、平面視において、直線状の第２電極１２２が複数、第１窒化物半導体層１０２上に配置されている。そして、複数の第２電極１２２の間には、第２窒化物半導体層１０３が配置されている。複数の第２窒化物半導体層１０３のそれぞれの上には、図１０に示すように、ゲート電極１２４が配置されている。複数の第２電極１２２は、互いに電気的に接続されていてもよい。
【００６０】
本変形例にかかる半導体装置１００ｄでは、平面視において、ゲート電極１２４が占める面積を、第２電極１２２が占める面積よりも大きくすることによって、ゲート電極１２４下での発光強度が弱くなる場合でも、発光領域を広くすることができる。したがって、半導体装置１００ｄでは、注入される正孔の濃度が高くなるため、より高確率で電子と正孔とを再結合させて有効に電流を流すことが可能となる。なお、発光強度が弱くなる場合とは、例えば、高耐圧化のために第１窒化物半導体層１０２や第２窒化物半導体層１０３のＡｌ組成を高くした場合などが想定される。
【００６１】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る半導体装置２００について説明する。
【００６２】
図１１は、実施の形態２に係る半導体装置２００の平面図である。図１２は、図１１のＦ−Ｆ’線における実施の形態２に係る半導体装置２００の断面図である。
【００６３】
図１１に示すように、実施の形態２に係る半導体装置２００は、第１窒化物半導体層１０２と第２窒化物半導体層１０３との間に配置され、図１２に示すように、シリコン等のドナー不純物を含む第３窒化物半導体層１０４をさらに備えている。第３窒化物半導体層１０４の材料としては、例えば、ＧａＮを用いればよい。シリコン濃度は、例えば、１×１０１７／ｃｍ２以上であればよい。第３窒化物半導体層１０４の膜厚は、例えば、１００ｎｍであればよい。
【００６４】
半導体装置２００において、第１電極１２０がドレイン電極であり、第２電極１２２がソース電極であってもよい。また、第１電極１２０がソース電極であり、第２電極１２２がドレイン電極であってもよい。
【００６５】
半導体装置２００の製造方法に関しては、第１窒化物半導体層１０２の形成後、第２窒化物半導体層１０３の形成前に、例えば、ＭＯＣＶＤ法により、第３窒化物半導体層１０４を形成すればよい。
【００６６】
また、第３窒化物半導体層１０４内には、ドナー不純物により高密度の電子が存在するため、電子と正孔とが再結合する確率が上昇する。
【００６７】
従って、実施の形態２に係る半導体装置２００においては、実施の形態１に係る半導体装置１００よりも高効率で発光させることができるため、実施の形態１にかかる半導体装置１００よりもオン抵抗を下げることができる。
【００６８】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係る半導体装置３００について説明する。
【００６９】
図１３は、実施の形態３に係る半導体装置３００の平面図であり、図１４は、図１３のＧ−Ｇ’線における実施の形態３に係る半導体装置３００の断面図である。
【００７０】
図１３に示すように、実施の形態３に係る半導体装置３００は、第１窒化物半導体層１０２と第２窒化物半導体層１０３の間に配置され、第１窒化物半導体層１０２よりもバンドギャップが大きい第４窒化物半導体層１０５を備えている。第１窒化物半導体層１０２がＧａＮからなる場合は、第４窒化物半導体層１０５の材料は、例えば、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎを用いれば良い。Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎの膜厚は、例えば約２０ｎｍであればよい。
【００７１】
半導体装置３００において、第１電極１２０がドレイン電極であり、第２電極１２２がソース電極であってもよい。また、第１電極１２０がソース電極であり、第２電極１２２がドレイン電極であってもよい。
【００７２】
半導体装置３００の製造方法に関しては、第１窒化物半導体層１０２の形成後、第２窒化物半導体層１０３の形成前に、例えば、ＭＯＣＶＤ法により第４窒化物半導体層１０５を形成すればよい。
【００７３】
また、図１４に示すように、第１窒化物半導体層１０２と第４窒化物半導体層１０５との間には、自発分極と圧電分極により高密度の２次元電子ガス１２６が形成される。そのため、ゲート電極１２４に電圧を印加すると、２次元電子ガス１２６に正孔が注入されることによって、高密度の電子と正孔を再結合させることができる。
【００７４】
従って、実施の形態３に係る半導体装置３００においては、実施の形態１に係る半導体装置１００よりも高効率で発光させることができるため、実施の形態１よりもオン抵抗を下げることができる。
【００７５】
なお、本実施の形態と実施の形態２との組み合わせも可能である。つまり、実施の形態２に示した第３窒化物半導体層１０４を、第２窒化物半導体層１０３と第４窒化物半導体層１０５との間、又は、第１窒化物半導体層１０２と第４窒化物半導体層１０５との間の、いずれに配置してもよい。
【００７６】
（実施の形態３の変形例）
次に、実施の形態３の変形例に係る半導体装置３００ａについて説明する。
【００７７】
図１５は、実施の形態３の変形例に係る半導体装置３００ａの断面図を示す。半導体装置３００ａの平面図は省略するが、図１３に示した半導体装置３００と実質同じ構成である。
【００７８】
本変形例に係る半導体装置３００ａは、図１３に示すように、第４窒化物半導体層１０５を貫通し、少なくとも第１窒化物半導体層１０２に到達する第１リセス１２８が設けられている。第１リセス１２８内には、第２電極１２２が配置されている。第２電極１２２は、２次元電子ガス１２６と接触させることが好ましい。この構成により、第１窒化物半導体層１０２と第２電極１２２とのコンタクト抵抗を低くすることができるため、オン抵抗をさらに下げることができる。
【００７９】
半導体装置３００ａの製造方法に関しては、例えば、第２窒化物半導体層１０３のドライエッチング後、第４窒化物半導体層１０５に対してレジストを塗布し、パターニングを行う。レジストをパターニングした後、第４窒化物半導体層１０５、及び、第１窒化物半導体層１０２をドライエッチングして、第１リセス１２８を形成すればよい。
【００８０】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４に係る半導体装置４００について説明する。
【００８１】
図１６は、実施の形態４に係る半導体装置４００の平面図である。図１７は、図１６のＨ−Ｈ’線における実施の形態４に係る半導体装置４００の断面図である。
【００８２】
実施の形態４に係る半導体装置４００は、図１６および図１７に示すように、第１窒化物半導体層１０２と第２窒化物半導体層１０３との間に、第１窒化物半導体層１０２側から順に、第５窒化物半導体層１０６、第６窒化物半導体層１０７、第７窒化物半導体層１０８が積層されている。
【００８３】
第５窒化物半導体層１０６のバンドギャップは、第１窒化物半導体層１０２のバンドギャップ以上である。第６窒化物半導体層１０７のバンドギャップは、第５窒化物半導体層１０６のバンドギャップよりも小さい。第７窒化物半導体層１０８のバンドギャップは、第１窒化物半導体層１０２のバンドギャップ以上であり、かつ、第６窒化物半導体層１０６のバンドギャップよりも大きい。なお、第５窒化物半導体層１０６と第７窒化物半導体層１０８とは、同じ材料で構成されていてもよい。
【００８４】
半導体装置４００において、第１の電極１２０がドレイン電極であり、第２の電極１２２がソース電極であってもよい。また、第１の電極１２０がソース電極であり、第２の電極１２２がドレイン電極であってもよい。
【００８５】
この構成により、第６窒化物半導体層１０７には、第５窒化物半導体層１０６及び第７窒化物半導体層１０８の電子および正孔の閉じ込め効果によって量子準位が形成される。この量子準位に電子および正孔が閉じ込められることによって、電子と正孔とが再結合する確率が向上する。
【００８６】
従って、実施の形態４に係る半導体装置４００においては、実施の形態１に係る半導体装置１００よりも高効率で発光させることができるため、実施の形態１に係る半導体装置１００よりもオン抵抗を下げることができる。
【００８７】
なお、第５窒化物半導体層１０６、第６窒化物半導体層１０７、第７窒化物半導体層１０８は、順次繰り返し形成された多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）構造であってもよく、三周期、つまり、量子準位が形成される第６窒化物半導体層１０７が３層存在することが望ましい。
【００８８】
また、第５窒化物半導体層１０６及び第７窒化物半導体層１０８は、例えば、膜厚１０ｎｍのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎから構成されている。第６窒化物半導体層１０７は、例えば、膜厚３ｎｍのＧａＮから構成されている。
【００８９】
半導体装置４００の製造方法に関しては、第１窒化物半導体層１０２の形成後、第２窒化物半導体層１０３の形成前に、例えば、ＭＯＣＶＤ法により第５窒化物半導体層１０６、第６窒化物半導体層１０７、第７窒化物半導体層１０８を順次形成すればよい。そして、第２窒化物半導体層１０３の形成後、第２窒化物半導体層１０３の上方にレジストを塗布し、パターニングを行う。レジストのパターニング後、第２窒化物半導体層１０３、第５窒化物半導体層１０６、第６窒化物半導体層１０７、第７窒化物半導体層１０８をドライエッチングすることによって、第１窒化物半導体層１０２を露出させる。
【００９０】
この構成により、実施の形態４に係る半導体装置４００は、高効率で発光させることができるため、実施の形態１に係る半導体装置１００よりもオン抵抗を下げることができる。
【００９１】
（実施の形態４の変形例１）
次に、実施の形態４の変形例１に係る半導体装置４００ａについて説明する。
【００９２】
図１８は、実施の形態４の変形例１に係る半導体装置４００ａの平面図である。図１９は、図１８のＩ−Ｉ’線における実施の形態４の変形例１に係る半導体装置４００の断面図である。
【００９３】
本変形例に係る半導体装置４００ａでは、図１８および図１９に示すように、第２電極１２２が、第１窒化物半導体層１０２に形成された第２リセス１２９内に形成され、かつ、第５窒化物半導体層１０６、第６窒化物半導体層１０７、第７窒化物半導体層１０８の側面に接している。第５窒化物半導体層１０６と第１窒化物半導体層１０２との界面に形成された２次元電子ガス（図示せず）と、第２電極１２２とが接することにより、第１窒化物半導体層１０２と第２電極１２２とのコンタクト抵抗を低くすることができる。これにより、半導体装置４００ａのオン抵抗をさらに下げることができる。
【００９４】
（実施の形態４の変形例２）
次に、実施の形態４の変形例２に係る半導体装置４００ｂについて説明する。
【００９５】
図２０は、実施の形態４の変形例２に係る半導体装置４００ｂの平面図である。図２１は、図２０のＪ−Ｊ’線における実施の形態４の変形例２に係る半導体装置４００ｂの断面図である。
【００９６】
本変形例に係る半導体装置４００ｂでは、図２０および図２１に示すように、第１窒化物半導体層１０２と第５窒化物半導体層１０６との間に、シリコン等のドナー不純物を含む第３窒化物半導体層１０４が形成されていてもよい。この構成により、第３窒化物半導体層１０４から第６窒化物半導体層１０７へ、より高密度の電子が流入する。その結果、第６窒化物半導体層１０７の量子準位において、電子と正孔とが再結合する確率がさらに向上する。したがって、半導体装置４００ｂは、より高効率で発光させることによってさらにオン抵抗を下げることができる。
【００９７】
（実施の形態４の変形例３）
次に、実施の形態４の変形例３に係る半導体装置４００ｃについて説明する。
【００９８】
図２２は、実施の形態４の変形例３に係る半導体装置４００ｃの平面図である。図２３は、図２２のＫ−Ｋ’線における実施の形態４の変形例３に係る半導体装置４００ｃの断面図である。
【００９９】
本変形例に係る半導体装置４００ｃと変形例２に係る半導体装置４００ｂとの差異は、図２２および図２３に示すように、第３窒化物半導体層１０４の側面が、第５窒化物半導体層１０６、第６窒化物半導体層１０７、第７窒化物半導体層１０８、第２窒化物半導体層１０３の側面と略同一平面上に形成されている点である。ここで、「略同一」とは、製造上の誤差を含む意味である。
【０１００】
この構成により、半導体装置４００ｃは、変形例２に係る半導体装置４００ｂと比較して、ソース電極とドレイン電極の距離を近くすると共に、第３窒化物半導体層１０４から第６窒化物半導体層１０７へ、より高密度の電子を流入することができる。その結果、第６窒化物半導体層１０７の量子準位において、電子と正孔とが再結合する確率がさらに向上する。したがって、半導体装置４００ｃは、より高効率で発光させることによってさらにオン抵抗を下げることができる。
【０１０１】
以上、本開示の実施の形態に係る半導体装置について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
【０１０２】
例えば、上述した実施の形態では、半導体基板の導電型について、第１導電型をＮ型、第２導電型をＰ型としたが、第１導電型をＰ型、第２導電型をＮ型としてもよい。
【０１０３】
また、各窒化物半導体層の平面視における形状は、円形状に限らず、四角形等の多角形状であってもよい。また、複数の各窒化物半導体層の配置の仕方は、装置が正常に動作する限り、特に制限はない。
【０１０４】
また、本開示は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明にかかる窒化物半導体装置は、民生機器の電源回路等で用いられる高出力高耐圧トランジスタとして利用することがきる。
【符号の説明】
【０１０６】
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、２００、３００、３００ａ、４００、４００ａ、４００ｂ、４００ｃ  半導体装置（窒化物半導体装置）
１０１  基板
１０２  第１窒化物半導体層
１０３  第２窒化物半導体層
１０４  第３窒化物半導体層
１０５  第４窒化物半導体層
１０６  第５窒化物半導体層
１０７  第６窒化物半導体層
１０８  第７窒化物半導体層
１２０  第１電極
１２２  第２電極
１２４  ゲート電極
１２６  ２次元電子ガス
１２８  第１のリセス
１２９  第２のリセス
２０２  素子分離部
【図１】
2016143265.tif 000003
【図２】
2016143265.tif 000004
【図３】
2016143265.tif 000005
【図４】
2016143265.tif 000006
【図５】
2016143265.tif 000007
【図６】
2016143265.tif 000008
【図７】
2016143265.tif 000009
【図８】
2016143265.tif 000010
【図９】
2016143265.tif 000011
【図１０】
2016143265.tif 000012
【図１１】
2016143265.tif 000013
【図１２】
2016143265.tif 000014
【図１３】
2016143265.tif 000015
【図１４】
2016143265.tif 000016
【図１５】
2016143265.tif 000017
【図１６】
2016143265.tif 000018
【図１７】
2016143265.tif 000019
【図１８】
2016143265.tif 000020
【図１９】
2016143265.tif 000021
【図２０】
2016143265.tif 000022
【図２１】
2016143265.tif 000023
【図２２】
2016143265.tif 000024
【図２３】
2016143265.tif 000025
【国際調査報告】
2016143265.tif 000026
2016143265.tif 000027
2016143265.tif 000028
2016143265.tif 000029