(57)【要約】  【課題】窒化物系化合物半導体層の上に絶縁膜を介してフィールドプレート電極を有し、それと電気的に接続され且つ窒化物系化合物半導体層とショットキー接触した電極を有する半導体装置において、高電圧動作時の抵抗値および漏れ電流を低減化する。  【解決手段】窒化物系化合物半導体層４上において、徐々に厚くなる傾斜部を有する絶縁膜８と、窒化物系化合物半導体層上から絶縁膜８の傾斜部上を延伸するように設けられ、窒化物系化合物半導体層４にショットキー接触する電極９とを有し、絶縁膜８の底面における電極９が設けられた側の端点Ａと、絶縁膜８の傾斜部上に形成された電極９の底面における端点Ｂとを結ぶ仮想線と窒化物系化合物半導体層４の上面との間の角度α１が１度以上４０度以下である半導体装置。  【選択図】図７
2008243848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物系化合物半導体層上において、徐々に厚くなる傾斜部を有する絶縁膜と、
前記窒化物系化合物半導体層上から前記絶縁膜の傾斜部上を延伸するように設けられた電極と
を有し、
前記絶縁膜の底面における前記電極が設けられた側の端点と、前記絶縁膜の傾斜部上に形成された前記電極の底面における端点とを結ぶ仮想線と前記窒化物系化合物半導体層の上面との間の角度が１度以上４０度以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
窒化物系化合物半導体層上において、徐々に厚くなる傾斜部を有する絶縁膜と、
前記窒化物系化合物半導体層上から前記絶縁膜の傾斜部上さらに前記窒化物系化合物半導体層と平行な平坦部上を延伸するように設けられた電極と
を有し、
前記絶縁膜の底面における電極が設けられた側の端点と、前記絶縁膜の平坦部上まで延伸して形成された前記電極の底面の前記傾斜部と前記平坦部との交点とを結ぶ仮想線と前記窒化物系化合物半導体層の上面との間の角度が１度以上４０度以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
窒化物系化合物半導体層上に窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触するドレイン電極と、
窒化物系化合物半導体層上に窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触するソース電極と、
窒化物系化合物半導体層上であって、前記ドレイン電極と前記ソース電極に挟まれる領域に設けられ、前記ドレイン電極側に徐々に厚くなる傾斜部を有する絶縁膜と、
前記窒化物系化合物半導体層上であって、前記絶縁膜と前記ソース電極との間の領域に、前記窒化物系化合物半導体層から前記絶縁膜の前記傾斜部へと延伸するように設けられたゲート電極と
を有する半導体装置であって、
前記絶縁膜の底面における前記電極が設けられた側の端点と、前記絶縁膜の傾斜部上に形成された前記電極の底面における端点とを結ぶ仮想線と前記窒化物系化合物半導体層の上面との間の角度が１度以上４０度以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
窒化物系化合物半導体層上に窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触するドレイン電極と、
窒化物系化合物半導体層上に窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触するソース電極と、
窒化物系化合物半導体層上であって、前記ドレイン電極と前記ソース電極に挟まれる領域に設けられ、前記ドレイン電極側に徐々に厚くなる傾斜部を有する絶縁膜と、
前記窒化物系化合物半導体層上であって、前記絶縁膜と前記ソース電極との間の領域に、前記窒化物系化合物半導体層から前記絶縁膜の前記傾斜部へと延伸するように設けられたゲート電極と
を有する半導体装置であって、
前記絶縁膜の底面における電極が設けられた側の端点と、前記絶縁膜の平坦部上まで延伸して形成された前記電極の底面の前記傾斜部と前記平坦部との交点とを結ぶ仮想線と前記窒化物系化合物半導体層の上面との間の角度が１度以上４０度以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の半導体装置において、
前記ゲート電極は、前記傾斜部における前記ゲート電極と前記絶縁膜との間、または前記窒化物系化合物半導体層と前記絶縁膜との間、および前記ゲート電極と前記窒化物系化合物半導体層との間にゲート酸化膜を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項３または請求項４に記載の半導体装置において、
前記ゲート電極は、前記窒化物系化合物半導体層とショットキー接触することを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
窒化物系化合物半導体層上に窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触するカソード電極と、
窒化物系化合物半導体層上であって、前記カソード電極と隣接する領域に設けられ、前記カソード電極側に徐々に厚くなる傾斜部を有する絶縁膜と、
前記窒化系化合物半導体層上であって、前記絶縁膜と隣接する領域に、前記窒化物系化合物半導体層から前記絶縁膜の前記傾斜部へと延伸するように設けられたアノード電極と
を有する半導体装置であって、
前記絶縁膜の底面における前記電極が設けられた側の端点と、前記絶縁膜の傾斜部上に形成された前記電極の底面における端点とを結ぶ仮想線と前記窒化物系化合物半導体層の上面との間の角度が１度以上４０度以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
窒化物系化合物半導体層上に窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触するカソード電極と、
窒化物系化合物半導体層上であって、前記カソード電極と隣接する領域に設けられ、前記カソード電極側に徐々に厚くなる傾斜部を有する絶縁膜と、
前記窒化系化合物半導体層上であって、前記絶縁膜と隣接する領域に、前記窒化物系化合物半導体層から前記絶縁膜の前記傾斜部へと延伸するように設けられたアノード電極と
を有する半導体装置であって、
前記絶縁膜の底面における電極が設けられた側の端点と、前記絶縁膜の平坦部上まで延伸して形成された前記電極の底面の前記傾斜部と前記平坦部との交点とを結ぶ仮想線と前記窒化物系化合物半導体層の上面との間の角度が１度以上４０度以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の半導体装置において、
前記窒化物系化合物半導体層はヘテロ接合を有しており、ヘテロ界面近傍に２次元電子ガス層を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の半導体装置において、
前記絶縁膜はシリコン酸化膜であることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、特に、ゲートフィールドプレートの一部に傾斜がある構造を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物系化合物半導体を用いた半導体素子は高周波・高耐圧特性を有することから、近年注目されている。しかし、窒化物系化合物半導体を用いた半導体素子は高電圧動作時のドレイン電流の低下（いわゆる電流コラプス現象）やゲート漏れ電流の問題から、スイッチング素子などのパワーデバイスとしては実用化されていない。
【０００３】
その解決法の１つとして、ゲート電極の主部分（以下、ゲート電極）から延伸したフィールドプレート電極部分（以下、フィールドプレート電極）をドレイン電極とゲート電極との間に設けた、窒化物系化合物半導体からなる半導体素子が開示されている。（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【０００４】
特許文献１によれば、ソースフィールドプレート電極の下にドレイン電極・ゲート電極間のドレイン電極側に延伸するゲートフィールドプレート構造を新たに設ける構造を開示している。
【０００５】
特許文献２では、ゲート電極はＳｉＯＮ膜上に形成されたフィールドプレート電極を有し、フィールドプレート電極と半導体層との間のＳｉＯＮ膜の厚みがゲート電極からドレイン電極側に向かって厚く形成され、ドレイン電極・ゲート電極間の等静電位線を更になだらかにし、耐圧の向上とゲートリーク電流の低減を図ることができる構造が開示されている。
【０００６】
また、シリコンからなる半導体素子にフィールドプレート電極およびゲート電極を形成して、その一部に傾斜を設けた構造も開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００７】
特許文献３では、シリコンの局所酸化（ＬＯＣＯＳ：Local Oxidation of Silicon）技術によって半導体素子の表面のドレイン電極・ゲート電極間に酸化層を選択的に形成し、その傾斜した酸化層（酸化層の側部）にゲート電極と電気的に接続されたフィールドプレート電極を形成する。すると、特許文献３の図２に示すようにドレイン電極・ゲート電極間の等静電位線を更になだらかにし、ドレイン電極側のゲート電極端部近傍の電界集中を緩和することができる。その結果、半導体素子のドレイン電極・ゲート電極間の耐圧や半導体素子の出力を向上することができる。
【特許文献１】特開２００５−９３８６４号公報（第８頁、第２図）
【特許文献２】国際公開第ＷＯ２００５／０８１３０４号パンフレット（第６−９頁、第４図−第６図）
【特許文献３】特開平５−２５９４５６号公報（第３頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、窒化物系化合物半導体層の上に絶縁膜を介してフィールドプレート電極を有し、それと電気的に接続され、かつ窒化物系化合物半導体層とショットキー接触した電極を有する半導体装置において、高電圧動作時の抵抗値および漏れ電流をより低減することができる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】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の請求項１に記載の半導体装置は、窒化物系化合物半導体層上において、徐々に厚くなる傾斜部を有する絶縁膜と、前記窒化物系化合物半導体層上から前記絶縁膜の傾斜部上を延伸するように設けられた電極とを有し、前記絶縁膜の底面における前記電極が設けられた側の端点と、前記絶縁膜の傾斜部上に形成された前記電極の底面における端点とを結ぶ仮想線と前記窒化物系化合物半導体層の上面との間の角度が１度以上４０度以下であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の半導体装置は、窒化物系化合物半導体層上において、徐々に厚くなる傾斜部を有する絶縁膜と、前記窒化物系化合物半導体層上から前記絶縁膜の傾斜部上さらに前記窒化物系化合物半導体層と平行な平坦部上を延伸するように設けられた電極とを有し、前記絶縁膜の底面における電極が設けられた側の端点と、前記絶縁膜の平坦部上まで延伸して形成された前記電極の底面の前記傾斜部と前記平坦部との交点とを結ぶ仮想線と前記窒化物系化合物半導体層の上面との間の角度が１度以上４０度以下であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３に記載の半導体装置は、窒化物系化合物半導体層上に窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触するドレイン電極と、窒化物系化合物半導体層上に窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触するソース電極と、窒化物系化合物半導体層上であって、前記ドレイン電極と前記ソース電極に挟まれる領域に設けられ、前記ドレイン電極側に徐々に厚くなる傾斜部を有する絶縁膜と、前記窒化物系化合物半導体層上であって、前記絶縁膜と前記ソース電極との間の領域に、前記窒化物系化合物半導体層から前記絶縁膜の前記傾斜部へと延伸するように設けられたゲート電極とを有する半導体装置であって、前記絶縁膜の底面における前記電極が設けられた側の端点と、前記絶縁膜の傾斜部上に形成された前記電極の底面における端点とを結ぶ仮想線と前記窒化物系化合物半導体層の上面との間の角度が１度以上４０度以下であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項４に記載の半導体装置は、窒化物系化合物半導体層上に窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触するドレイン電極と、窒化物系化合物半導体層上に窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触するソース電極と、窒化物系化合物半導体層上であって、前記ドレイン電極と前記ソース電極に挟まれる領域に設けられ、前記ドレイン電極側に徐々に厚くなる傾斜部を有する絶縁膜と、前記窒化物系化合物半導体層上であって、前記絶縁膜と前記ソース電極との間の領域に、前記窒化物系化合物半導体層から前記絶縁膜の前記傾斜部へと延伸するように設けられたゲート電極とを有する半導体装置であって、前記絶縁膜の底面における電極が設けられた側の端点と、前記絶縁膜の平坦部上まで延伸して形成された前記電極の底面の前記傾斜部と前記平坦部との交点とを結ぶ仮想線と前記窒化物系化合物半導体層の上面との間の角度が１度以上４０度以下であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項５に記載の半導体装置は、請求項３または請求項４に記載の半導体装置において、前記ゲート電極は、前記傾斜部における前記ゲート電極と前記絶縁膜との間、または前記窒化物系化合物半導体層と前記絶縁膜との間、および前記ゲート電極と前記窒化物系化合物半導体層との間にゲート酸化膜を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項６に記載の半導体装置は、請求項３または請求項４に記載の半導体装置において、前記ゲート電極は、前記窒化物系化合物半導体層とショットキー接触することを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項７に記載の半導体装置は、窒化物系化合物半導体層上に窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触するカソード電極と、窒化物系化合物半導体層上であって、前記カソード電極と隣接する領域に設けられ、前記カソード電極側に徐々に厚くなる傾斜部を有する絶縁膜と、前記窒化系化合物半導体層上であって、前記絶縁膜と隣接する領域に、前記窒化物系化合物半導体層から前記絶縁膜の前記傾斜部へと延伸するように設けられたアノード電極とを有する半導体装置であって、前記絶縁膜の底面における前記電極が設けられた側の端点と、前記絶縁膜の傾斜部上に形成された前記電極の底面における端点とを結ぶ仮想線と前記窒化物系化合物半導体層の上面との間の角度が１度以上４０度以下であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項８に記載の半導体装置は、窒化物系化合物半導体層上に窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触するカソード電極と、窒化物系化合物半導体層上であって、前記カソード電極と隣接する領域に設けられ、前記カソード電極側に徐々に厚くなる傾斜部を有する絶縁膜と、前記窒化系化合物半導体層上であって、前記絶縁膜と隣接する領域に、前記窒化物系化合物半導体層から前記絶縁膜の前記傾斜部へと延伸するように設けられたアノード電極とを有する半導体装置であって、前記絶縁膜の底面における電極が設けられた側の端点と、前記絶縁膜の平坦部上まで延伸して形成された前記電極の底面の前記傾斜部と前記平坦部との交点とを結ぶ仮想線と前記窒化物系化合物半導体層の上面との間の角度が１度以上４０度以下であること。
【００１７】
本発明の請求項９に記載の半導体装置は、請求項1乃至９のいずれかに記載の半導体素装置において、前記窒化物系化合物半導体層はヘテロ接合を有しており、ヘテロ界面近傍に２次元電子ガス層を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項１０に記載の半導体装置は、請求項１乃至９のいずれかに記載の半導体装置において、前記絶縁膜はシリコン酸化膜であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の半導体装置によれば、高電圧動作時の抵抗値および漏れ電流を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面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ことはもちろんである。
【００２１】
また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００２２】
[第１の実施の形態]
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の模式的断面構造図を示す。また、図７（ａ）乃至図７（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置において、ゲートフィールドプレート電極９が、絶縁膜８の傾斜部の途中まで形成される構造例の模式的拡大断面構造図、図８は、ゲートフィールドプレート電極９が、絶縁膜８の平坦部まで形成される構造例の模式的拡大断面構造図をそれぞれ示す。
【００２３】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置は、図１に示すように、窒化物系化合物半導体層（３,４）上において、ゲート電極７からドレイン電極６に向かう側方に徐々に厚くなる傾斜部を有する絶縁膜８と、窒化物系化合物半導体層（３,４）上から絶縁膜８の傾斜部上を延伸するように設けられ、窒化物系化合物半導体層（３,４）にショットキー接触するゲート電極７とを有する。
【００２４】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置は、図１および図７に示すように、絶縁膜８の底面におけるゲート電極７が設けられたドレイン電極６側の端点Ａと、絶縁膜８の傾斜部上に形成されたゲートフィールドプレート電極９の底面における端点Ｂとを結ぶ仮想線と窒化物系化合物半導体層（３,４）の上面との間の角度が１度以上４０度以下であることを特徴とする。
【００２５】
あるいはまた、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置は、図１および図８に示すように、絶縁膜８の底面におけるゲート電極７が設けられたドレイン電極６側の端点Ａと、ゲート電極７からドレイン電極６に向かって厚く設けられた絶縁膜８の傾斜部、さらにその先の絶縁膜８の平坦部上まで延伸して形成されたゲートフィールドプレート電極９の底面の傾斜部と平坦部との交点Ｃとを結ぶ仮想線と窒化物系化合物半導体層（３,４）の上面との間の角度が１度以上４０度以下であることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置は、図１に示すように、窒化物系化合物半導体層（３,４）はヘテロ接合を備え、ヘテロ界面近傍に２次元電子ガス層１１を有する構造を備えていてもよい。
【００２７】
また、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置は、絶縁膜８はシリコン酸化膜であってもよい。
【００２８】
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置は、単結晶シリコン（Ｓｉ）やシリコンカーバイト（ＳｉＣ）、セラミックなどの基板１の上に、後述する電子走行層３と基板１との格子定数差を緩和し、電子走行層３の結晶性を良好にするための周知の緩衝層(バッファ層)２を有する。
【００２９】
バッファ層２の上には第１の窒化物系化合物半導体からなる電子走行層３、第２の窒化物系化合物半導体からなる電子供給層４が順に積層されている。電子走行層３と電子供給層４との界面の電子走行層３側に２次元電子ガス層１１が生じている。電子供給層４の上にはソース電極５、ドレイン電極６、ゲート電極７が設けられている。
【００３０】
ドレイン電極６とゲート電極７との間に保護膜としての絶縁膜８を有する。絶縁膜８はゲート電極７側からドレイン電極６側に向かって厚くなる部分（傾斜部）を有する。そして、絶縁膜８が次第に厚くなっていく部分の上にゲート電極７から延伸したゲートフィールドプレート電極９が設けられている。
【００３１】
ゲートフィールドプレート電極９は、図７（ａ）に示すように電子供給層４の上面に対し、例えば、角度α１を有する。ここで、角度α１は、傾斜開始点Ａと傾斜終了点Ｂ（傾斜の途中までしかゲートフィールドプレート電極９が形成されていないときは絶縁膜８と接触しているゲートフィールドプレート電極９の端点Ｂ）とを結ぶ仮想直線と電子供給層４の上面と成す角度（テーパ角）である。
【００３２】
図７（ｂ）は、図７（ａ）の構造が、電子供給層４上に配置された絶縁膜１００上に形成された場合の半導体装置の説明図である。ゲートフィールドプレート電極９は、図７（ｂ）に示すように電子供給層４上の絶縁膜１００の上面に対し、例えば、角度α１を有する。ここで、角度α１は、傾斜開始点Ａと傾斜終了点Ｂ（傾斜の途中までしかゲートフィールドプレート電極９が形成されていないときは絶縁膜８と接触しているゲートフィールドプレート電極９の端点Ｂ）とを結ぶ仮想直線と電子供給層４の上面と成す角度（テーパ角）である。
【００３３】
図７（ｃ）は、図７（ａ）の構造において、絶縁膜１００が電子供給層４および絶縁膜８上に配置された場合の半導体装置の説明図である。ゲートフィールドプレート電極９は、図７（ｃ）に示すように電子供給層４の上面に対し、例えば、角度α１を有する。ここで、角度α１は、傾斜開始点Ａと傾斜終了点Ｂ（傾斜の途中までしかゲートフィールドプレート電極９が形成されていないときは絶縁膜８上の絶縁膜１００と接触しているゲートフィールドプレート電極９の端点Ｂ）とを結ぶ仮想直線と電子供給層４の上面と成す角度（テーパ角）である。
【００３４】
また、ゲートフィールドプレート電極９がさらにドレイン電極６側に延伸して、電子供給層４の上面にほぼ平行な絶縁膜８の平坦部と接触している場合には、図８に示すように電子供給層４の上面に対し、例えば、角度α２を有する。ここで、角度α２は、傾斜開始点Ａと傾斜終了点Ｃ（ゲートフィールドプレート電極９が延伸して、絶縁膜８の平坦部と接触している場合のゲートフィールドプレート電極９の底面の傾斜部と平坦部との交点Ｃ）とを結ぶ仮想直線と電子供給層４の上面と成す角度（テーパ角）である。
【００３５】
電流コラプス現象は、半導体装置のゲート・ソース間に高電圧を印加した時に、ゲート電極７からゲート・ドレイン間の表面に電子が注入されて結晶欠陥を有する窒化物系化合物半導体層（電子供給層４）の表面準位に捕獲・蓄積されて２次元電子ガス層１１の電子濃度が減少し、ゲート電極に閾値電圧以上の電圧を印加してオンしても、表面準位からの電子放出が遅いために定常的なドレイン電流が減少する現象と考えられている。
【００３６】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置においては、ゲートフィールドプレート電極９の傾斜部をより寝かせるように角度αを小さくすることによって、ゲート電極７端近傍の表面準位にトラップされた電子をゲートフィールドプレート電極９が生じる電界によって引き抜きやすくなり、その結果、電流コラプス現象を抑制することができる。
【００３７】
また、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置においては、ゲートフィールドプレート電極９の傾斜部をより寝かせることで、ゲート電極７端近傍の電界集中が緩和され、注入される電子を低減できる。その結果、表面準位に捕獲される電子自体を減少できる。その結果、電流コラプス現象を抑制することができる。
【００３８】
同様に、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置においては、ゲート電極７端近傍の電界集中を緩和し、実効ゲート長も長くなるのでゲート漏れ電流を低減化することができる。
【００３９】
すなわち、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置においては、ゲートフィールドプレート電極９の傾斜部をより寝かせることで、 電流コラプス現象を低減化し、かつゲートリーク電流を低減化することができる。
【００４０】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置において、半導体装置の耐圧は、ゲートフィールドプレート電極９の長さに依存せず、ゲートフィールドプレート電極９とドレイン電極６間の距離に依存する。一方、ゲートフィールドプレート電極９とドレイン電極６間の距離が一定の時、電流コラプス現象を抑制するためには、ゲートフィールドプレート電極９が短い方が良い。
【００４１】
さらに、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置において、絶縁膜８はシリコン窒化膜に比べてシリコン酸化膜の方が好ましい。シリコン窒化膜は電子供給層４に対して、電子走行層３と同様に、引っ張り応力を与えるので電子走行層３の電子供給層４とのピエゾ分極が弱まり、電子濃度が低下して半導体装置のオン抵抗が高くなるからである。
【００４２】
さらに、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置において、バッファ層２は省略することもできる。
【００４３】
さらに、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置において、ドレイン電極６およびソース電極５にもドレインフィールドプレート構造、ソースフィールドプレート構造を設けて、電界集中を緩和し、電流コラプス現象を低減化し、かつゲートリーク電流を低減化する構造を用いても良い。
【００４４】
さらに、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置において、基板１が導電性基板の場合、基板１の裏面側に裏面電極を設け、ソース電極５と裏面電極を配線で電気的に接続することによって、ドレイン電極６近傍の電界集中を緩和することができる。
【００４５】
さらに、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置において、電子供給層４と電子走行層３との間にＡｌＮバリア層などによるバリア層を設けても良い。
【００４６】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置によれば、窒化物系化合物半導体層の上に絶縁膜を介してフィールドプレート電極を有し、それと電気的に接続され、かつ窒化物系化合物半導体層とショットキー接触した電極を有する半導体装置において、高電圧動作時の抵抗値および漏れ電流をより低減化することができる。
【００４７】
［第２の実施形態］
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の模式的断面構造図であって、図２（ａ）基本的な構成図、図２（ｂ）ドレインメッキ電極６０をゲート電極７およびゲートフィールドプレート電極９側に延伸した構成図をそれぞれ示す。
【００４８】
本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置は、図２（ａ）に示すように、窒化物系化合物半導体層（３,４）上に窒化物系化合物半導体層４と低抵抗接触するドレイン電極６と、窒化物系化合物半導体層（３,４）上に窒化物系化合物半導体層４と低抵抗接触するソース電極５と、窒化物系化合物半導体層（３,４）上であって、ドレイン電極６とソース電極５に挟まれる領域に設けられ、ドレイン電極６側に徐々に厚くなる傾斜部を有する絶縁膜８と、窒化物系化合物半導体層（３,４）上であって、絶縁膜８とソース電極５との間の領域に窒化物系化合物半導体層４とショットキー接合し、窒化物系化合物半導体層（３,４）から絶縁膜８の側方の傾斜部へと延伸するように設けられたゲート電極７とを有する。
【００４９】
さらに、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置は、図２（ａ）に示すように、絶縁膜１８を形成後ソース電極５およびドレイン電極６を窓開けし、ソース電極５およびドレイン電極６上にそれぞれ形成されたソースメッキ電極及びドレインメッキ電極６０を備える。図２（ｂ）においては、ドレインメッキ電極６０をゲート電極７およびゲートフィールドプレート電極９側に延伸したドレインフィールドプレート（ＦＰ）構造を備える。
【００５０】
ここで、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置においては、図７（ａ）に示された構造と同様に、絶縁膜８の底面におけるゲート電極７が設けられた側の端点Ａと、絶縁膜８の傾斜部上に形成されたフィールドプレート電極９の底面における端点Ｂとを結ぶ仮想線と窒化物系化合物半導体層（３,４）の上面との間の角度（テーパ角）α１が１度以上４０度以下であることを特徴とする。
【００５１】
あるいはまた、図７（ｂ）に示された構造と同様に、ゲートフィールドプレート電極９は、電子供給層４上の絶縁膜１００の上面に対し、例えば、角度α１を有する。ここで、角度α１は、傾斜開始点Ａと傾斜終了点Ｂ（傾斜の途中までしかゲートフィールドプレート電極９が形成されていないときは絶縁膜８と接触しているゲートフィールドプレート電極９の端点Ｂ）とを結ぶ仮想直線と電子供給層４の上面と成す角度（テーパ角）である。
【００５２】
あるいはまた、図７（ｃ）に示された構造と同様に、ゲートフィールドプレート電極９は、電子供給層４の上面に対し、例えば、角度α１を有する。ここで、角度α１は、傾斜開始点Ａと傾斜終了点Ｂ（傾斜の途中までしかゲートフィールドプレート電極９が形成されていないときは絶縁膜８上の絶縁膜１００と接触しているゲートフィールドプレート電極９の端点Ｂ）とを結ぶ仮想直線と電子供給層４の上面と成す角度（テーパ角）である。
【００５３】
また、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置においては、図８に示された構造と同様に、絶縁膜８の底面におけるゲート電極７が設けられた側の端点Ａと、端点Ａから絶縁膜８の傾斜部上さらに絶縁膜８の平坦部上までドレイン電極６側に延伸して形成されたフィールドプレート電極９の底面の傾斜部と平坦部との交点Ｃとを結ぶ仮想線と窒化物系化合物半導体層（３,４）の上面との間の角度（テーパ角）α２が１度以上４０度以下であってもよい。
【００５４】
さらに、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置は、図２（ａ）に示すように、窒化物系化合物半導体層（３,４）上に窒化物系化合物半導体層４と低抵抗接触するドレイン電極６と、窒化物系化合物半導体層（３,４）上に窒化物系化合物半導体層４と低抵抗接触するソース電極５と、窒化物系化合物半導体層（３,４）上であって、ドレイン電極６とソース電極５に挟まれる領域に設けられ、ソース電極５側に徐々に厚くなる傾斜部を有する絶縁膜８と、窒化物系化合物半導体層（３,４）上であって、絶縁膜８とドレイン電極６との間の領域に窒化物系化合物半導体層４とショットキー接合し、窒化物系化合物半導体層（３,４）から絶縁膜８のソース電極５側の側方の傾斜部へと延伸するように設けられたゲート電極７とを有する。
【００５５】
ここで、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置においては、ソース側においても図７に示された構造と同様に、絶縁膜８の底面におけるゲート電極７が設けられた側の端点Ａと、絶縁膜８の傾斜部上に形成されたゲートフィールドプレート電極９の底面における端点Ｂとを結ぶ仮想線と窒化物系化合物半導体層（３,４）の上面との間の角度（テーパ角）α１が１度以上４０度以下であってもよい。
【００５６】
また、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置においては、ソース側においても図８に示された構造と同様に、絶縁膜８の底面におけるゲート電極７が設けられた側の端点Ａと、絶縁膜８の平坦部上まで延伸して形成されたフィールドプレート電極９の底面の傾斜部と平坦部との交点Ｃとを結ぶ仮想線と窒化物系化合物半導体層（３,４）の上面との間の角度α２が１度以上４０度以下であってもよい。
【００５７】
また、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置においては、窒化物系化合物半導体層（３,４）はヘテロ接合を有しており、ヘテロ界面近傍に２次元電子ガス層１１を有する。
【００５８】
また、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置においては、絶縁膜８はシリコン酸化膜であってもよい。
【００５９】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の特性であって、図３（ａ）は、テーパ角αの大小によるオン抵抗Ｒon(Ω・ｍｍ) の特性例を示し、図３（ｂ）は、テーパ角αの大小によるリーク電流Ｉgs（Ａ／ｍｍ）の特性例を示す。
【００６０】
実際上の寸法は、例えば以下の通りである。ゲート長は約２μｍ程度であり、ゲート電極７とドレイン電極６との距離は約１２μｍ程度であり、ドレイン電極６とゲートフィールドプレート電極９との距離は約１０μｍ程度であり、ドレイン電極６とソース電極５との距離は約１７．５μｍ程度である。また、ゲートフィールドプレート電極９の厚みは約３５０ｎｍ程度である。
【００６１】
図３（ａ）および（ｂ）は、上記角度αを変化させた時の、高電圧パルス（ドレイン・ソース間電圧：４５０Ｖ、ゲート・ソース間電圧：−８Ｖ）動作時の抵抗値Ｒon（Ω・ｍｍ）と、ドレイン・ソース間に６００Ｖ、ゲート・ソース間に−７Ｖを印加させた時のゲート漏れ電流Ｉgs（Ａ／ｍｍ）をそれぞれ示している。
【００６２】
図４は、図３のサンプルに相当する本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程の一工程の断面構造図であって、テーパ角α＝５２．２°の構造例、図５は、図３のサンプルに相当する本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程の一工程の断面構造図であって、テーパ角α＝３９．０°の構造例、図６は、図３のサンプルに相当する本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程の一工程の断面構造図であって、テーパ角α＝２８．６°の構造例をそれぞれ示す。
【００６３】
図４乃至図６には、エッチングの条件を変化させることによって、レジスト１０の窓幅と、絶縁膜８のテーパ角αと、窒化物系化合物半導体層（３,４）の幅を変化させることができる様子を示している。
【００６４】
図３に示すように、角度αが小さいほど、高電圧動作時の抵抗値Ｒon（Ω・ｍｍ）およびゲートリーク電流Ｉgs（Ａ／ｍｍ）ともに減少する。ただし、角度αが４０度近傍まで大きく減少するが、１度以上４０度以下ではその減少が低下しており、４０度近傍に特異点を有していることがわかる。
【００６５】
本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置においては、ゲートフィールドプレート電極９の傾斜部をより寝かせるように角度αを小さくすることによって、ゲート電極７端近傍の表面準位にトラップされた電子をゲートフィールドプレート電極９が生じる電界によって引き抜きやすくなり、その結果、電流コラプス現象を抑制することができる。
【００６６】
また、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置においては、ゲートフィールドプレート電極９の傾斜部をより寝かせることで、ゲート電極７端近傍の電界集中が緩和され、注入される電子を低減できる。その結果、表面準位に捕獲される電子自体を減少できる。その結果、電流コラプス現象を抑制することができる。
【００６７】
同様に、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置においては、ゲート電極７端近傍の電界集中を緩和し、実効ゲート長も長くなるのでゲート漏れ電流を低減化することができる。
【００６８】
すなわち、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置においては、ゲートフィールドプレート電極９の傾斜部をより寝かせることで、 電流コラプス現象を低減化し、かつゲートリーク電流を低減化することができる。
【００６９】
本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置において、半導体装置の耐圧は、ゲートフィールドプレート電極９の長さに依存せず、ゲートフィールドプレート電極９とドレイン電極６若しくはソース電極５間の距離に依存する。一方、ゲートフィールドプレート電極９とドレイン電極６若しくはソース電極５間の距離が一定の時、電流コラプス現象を抑制するためには、ゲートフィールドプレート電極９が短い方が良い。
【００７０】
さらに、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置において、絶縁膜８はシリコン窒化膜に比べてシリコン酸化膜の方が好ましい。シリコン窒化膜は電子供給層４に対して、電子走行層３と同様に、引っ張り応力を与えるので電子走行層３の電子供給層４とのピエゾ分極が弱まり、電子濃度が低下して半導体装置のオン抵抗が高くなるからである。
【００７１】
さらに、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置において、バッファ層２は省略することもできる。
【００７２】
さらに、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置において、ドレイン電極６およびソース電極５にもドレインフィールドプレート構造、ソースフィールドプレート構造を設けて、電界集中を緩和し、電流コラプス現象を低減化し、かつゲートリーク電流を低減化する構造を用いても良い。
【００７３】
さらに、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置において、基板１が導電性基板の場合、基板１の裏面側に裏面電極を設け、ソース電極５と裏面電極を配線で電気的に接続することによって、ドレイン電極６近傍の電界集中を緩和することができる。
【００７４】
さらに、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置において、電子供給層４と電子走行層３との間に、例えば、ＡｌＧａＮバリア層などによるバリア層を設けても良い。
【００７５】
本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置によれば、窒化物系化合物半導体層の上に絶縁膜を介してフィールドプレート電極を有し、それと電気的に接続され、かつ窒化物系化合物半導体層とショットキー接触した電極を有する半導体装置において、高電圧動作時の抵抗値および漏れ電流をより低減化することができる。
【００７６】
［第３の実施形態］
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置であって、ショットキーダイオードの模式的断面構造図を示す。
【００７７】
本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置は、図９に示すように、窒化物系化合物半導体層（３,４）上に窒化物系化合物半導体層４と低抵抗接触するカソード電極１４と、窒化物系化合物半導体層（３,４）上であって、アノード電極１２と隣接する領域に設けられ、アノード電極１２側の徐々に厚くなる傾斜部を有する絶縁膜８と、窒化系化合物半導体層（３,４）上であって、絶縁膜８と隣接する領域に窒化物系化合物半導体層４とショットキー接触したアノード電極１２と、アノード電極１２から絶縁膜８の側方の傾斜部へと延伸するように設けられたアノードフィールドプレート電極１６とを有する。
【００７８】
本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置は、図７（ａ）乃至図７（ｃ）に示された構造と同様に、絶縁膜８の底面におけるアノード電極１２が設けられた側の端点Ａと、絶縁膜８の傾斜部上に形成されたアノードフィールドプレート電極１６の底面における端点Ｂとを結ぶ仮想線と窒化物系化合物半導体層（３,４）の上面との間の角度α１が１度以上４０度以下であることを特徴とする。
【００７９】
或いは又、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置は、図８に示された構造と同様に、絶縁膜８の底面におけるアノード電極１２が設けられた側の端点Ａと、端点Ａから絶縁膜８の傾斜部上さらに絶縁膜８の平坦部上まで、カソード電極１４側に延伸して形成されたアノードフィールドプレート電極１６の底面の傾斜部と平坦部との交点Ｃとを結ぶ仮想線と窒化物系化合物半導体層（３,４）の上面との間の角度（テ−パ角）α２が１度以上４０度以下であってもよい。
【００８０】
本発明の第１の実施の形態、および第２の実施の形態に係る半導体装置の特性と同様に、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置であるショットキーダイオードにおいても、逆方向電圧印加後のオン抵抗（順方向電圧上昇）およびアノード／カソード間の逆方向漏れ電流を低減化することができる。
【００８１】
本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置においては、フィールドプレート電極の傾斜部をより寝かせるように角度αを小さくすることによって、アノード電極１２端近傍の表面準位にトラップされた電子をフィールドプレート電極が生じる電界によって引き抜きやすくなり、その結果、電流コラプス現象を抑制することができる。
【００８２】
また、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置においては、フィールドプレート電極の傾斜部をより寝かせることで、アノード電極１２端近傍の電界集中が緩和され、注入される電子を低減できる。その結果、表面準位に捕獲される電子自体を減少できる。その結果、電流コラプス現象を抑制することができる。
【００８３】
同様に、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置においては、アノード電極１２端近傍の電界集中を緩和し、実効アノード長も長くなるので漏れ電流を低減化することができる。
【００８４】
すなわち、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置においては、フィールドプレート電極の傾斜部をより寝かせることで、 電流コラプス現象を低減化し、かつゲートリーク電流を低減化することができる。
【００８５】
本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置において、半導体装置の耐圧は、フィールドプレート電極の長さに依存せず、フィールドプレート電極とカソード電極１４間の距離ＬAKに依存する。一方、フィールドプレート電極とカソード電極１４間の距離ＬAKが一定の時、電流コラプス現象を抑制するためには、フィールドプレート電極が短い方が良い。
【００８６】
さらに、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置において、絶縁膜８はシリコン窒化膜に比べてシリコン酸化膜の方が好ましい。シリコン窒化膜は電子供給層４に対して、電子走行層３と同様に、引っ張り応力を与えるので電子走行層３の電子供給層４とのピエゾ分極が弱まり、電子濃度が低下して半導体装置のオン抵抗が高くなるからである。
【００８７】
さらに、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置において、カソード電極１４にもフィールドプレート構造を設けて、電界集中を緩和し、電流コラプス現象を低減化し、かつゲートリーク電流を低減化する構造を用いても良い。
【００８８】
さらに、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置において、基板１が導電性基板の場合、基板１の裏面側に裏面電極を設け、アノード電極１２と裏面電極を配線で電気的に接続することによって、アノード電極１２近傍の電界集中を緩和することができる。
【００８９】
さらに、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置において、電子供給層４と電子走行層３との間に、例えば、ＡｌＮバリア層などによるバリア層を設けても良い。
【００９０】
本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置によれば、窒化物系化合物半導体層の上に絶縁膜を介してアノード電極に対してフィールドプレート電極を有し、それと電気的に接続され、かつ窒化物系化合物半導体層とショットキー接触した電極を有するショットキーダイオードにおいて、高電圧動作時のオン抵抗（順方向電圧降下）およびアノード／カソード間の逆方向漏れ電流を低減化することができる。
【００９１】
[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第１乃至第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものでないと理解すべきである。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【００９２】
例えば、本発明の実施の形態に係る半導体装置は、第１の実施の形態で示す高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：High Electron Mobility Transistor）に限定されず、複数の素子が形成された複合半導体装置であってもよい。
【００９３】
また、デバイス形成層の構造を変更することにより、本発明の実施の形態に係る半導体基板は、発光ダイオード、半導体レーザーなどの発光素子、金属-半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ：Metal Semiconductor Field Effect Transistor）、金属-酸化物-半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、金属-絶縁物-半導体電界効果トランジスタ（ＭＩＳＦＥＴ：Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Hetero-junction Bipolar Transistor）などにも適用可能である。
【００９４】
例えば、ＭＩＳＦＥＴにおいては、図７（ｂ）または（ｃ）に示すような半導体装置の構成となる。
【００９５】
また、本発明の第１乃至第３の実施の形態に係る半導体装置においては、主として、ＨＥＭＴのゲート電極に本発明のゲートフィールドプレート電極構造を適応させた半導体装置について述べたが、図２（ｂ）に示したように、同様の構造をドレイン電極に適応してもよい。また、両方に適応させてもよい。
【００９６】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の模式的断面構造図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の模式的断面構造図であって、（ａ）基本的な構成図、（ｂ）ドレインメッキ電極６０をゲート電極７およびゲートフィールドプレート電極９側に延伸した構成図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の特性であって、（ａ）テーパ角αの大小によるオン抵抗Ｒon(Ω・ｍｍ) の特性例、（ｂ）テーパ角αの大小によるリーク電流Ｉgs（Ａ／ｍｍ）の特性例。
【図４】図３のサンプルに相当する本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程の一工程の断面構造図であって、テーパ角α＝５２．２°の構造例。
【図５】図３のサンプルに相当する本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程の一工程の断面構造図であって、テーパ角α＝３９．０°の構造例。
【図６】図３のサンプルに相当する本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程の一工程の断面構造図であって、テーパ角α＝２８．６°の構造例。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置において、（ａ）ゲートフィールドプレート電極９が、絶縁膜８の傾斜部の途中まで形成される構造例の模式的拡大断面構造図、（ｂ）電子供給層４上に形成された絶縁膜１００を介して、ゲートフィールドプレート電極９が、絶縁膜８の傾斜部の途中まで形成される構造例の模式的拡大断面構造図、（ｃ）電子供給層４および絶縁膜８上に形成された絶縁膜１００を介して、ゲートフィールドプレート電極９が、絶縁膜８の傾斜部の途中まで形成される構造例の模式的拡大断面構造図。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置において、ゲートフィールドプレート電極９が、絶縁膜８の平坦部まで形成される構造例の模式的拡大断面構造図。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置であって、ショットキーダイオードの模式的断面構造図。
【符号の説明】
【００９８】
１…基板
２…バッファ層
３…電子走行層
４…電子供給層
５…ソース電極
６…ドレイン電極
７…ゲート電極
８，１８…絶縁層
９…ゲートフィールドプレート電極
１０…フォトレジスト
１１…２次元電子ガス（２ＤＥＧ）層
１２…アノード電極
１４…カソード電極
１６…アノードフィールドプレート電極
５０…ソースメッキ電極
６０…ドレインメッキ電極
１００…絶縁膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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