(57)【要約】【課題】  ｐ型のIII族窒化物半導体の表面に、ｎ型またはｉ型のIII族窒化物半導体を結晶成長するとともに、ｎ型またはｉ型のIII族窒化物半導体の一部をエッチングしないでｐ型のIII族窒化物半導体の表面を露出させる【解決手段】  ｐ型の不純物を含む第１のIII族窒化物半導体領域２８の表面の一部に不純物拡散防止膜３６を備えている。第１のIII族窒化物半導体領域２８と不純物拡散防止膜３６を介して向かい合う位置に、ｎ型の不純物を含むかまたはｉ型の第２のIII族窒化物半導体領域４４を備えている。また、第１のIII族窒化物半導体領域２８と不純物拡散防止膜３６を介さないで向かい合う位置に、ｐ型の不純物を含む第３のIII族窒化物半導体領域３０を備えている。【選択図】  図１
2008021756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型の不純物を含む第１のIII族窒化物半導体領域と、
第１のIII族窒化物半導体領域の表面の一部を覆っている不純物拡散防止膜と、
第１のIII族窒化物半導体領域と不純物拡散防止膜を介して向かい合っているとともにｎ型の不純物を含むかまたはｉ型の第２のIII族窒化物半導体領域と、
第１のIII族窒化物半導体領域と不純物拡散防止膜を介さないで向かい合っているとともにｐ型の不純物を含む第３のIII族窒化物半導体領域、
を備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
第３のIII族窒化物半導体領域は、その表面から第１のIII族窒化物半導体領域に至る全領域において、ｐ型であることを特徴とする請求項１の半導体装置。
【請求項３】
第１のIII族窒化物半導体領域のバンドギャップよりも、第２のIII族窒化物半導体領域のバンドギャップの方が大きいことを特徴とする請求項１又は２の半導体装置。
【請求項４】
第２のIII族窒化物半導体領域の表面に、第２のIII族窒化物半導体領域のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有するとともにｎ型の不純物を含むかまたはｉ型の第４のIII族窒化物半導体領域が形成されていることを特徴とする請求項１又は２の半導体装置。
【請求項５】
第１のIII族窒化物半導体領域に含まれている不純物が、マグネシウムであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの半導体装置。
【請求項６】
不純物拡散防止膜が、アルミニウムを組成の一部とするIII族窒化物半導体で形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの半導体装置。
【請求項７】
ドレイン電極と、
ドレイン電極の表面に形成されているとともにｎ型の不純物を高濃度に含む高濃度III族窒化物半導体層と、
高濃度III族窒化物半導体層の表面に形成されているとともにｎ型の不純物を低濃度に含む低濃度III族窒化物半導体層と、
低濃度III族窒化物半導体層の上部に島状に形成されているとともにｐ型の不純物を含む第１のIII族窒化物半導体領域と、
第１のIII族窒化物半導体領域の表面の一部に形成されている不純物拡散防止膜と、
低濃度III族窒化物半導体層の表面および不純物拡散防止膜の表面に形成されているとともにｎ型の不純物を含むかまたはｉ型の第２のIII族窒化物半導体領域と、
第１のIII族窒化物半導体領域の表面の不純物拡散防止膜が形成されていない部分に形成されているとともにｐ型の不純物を含む第３のIII族窒化物半導体領域と、
第１のIII族窒化物半導体領域に対向する第２のIII族窒化物半導体領域の表面側に形成されているゲート絶縁膜と、
ゲート絶縁膜の表面に形成されているゲート電極と、
第１のIII族窒化物半導体領域に対向する位置の第２のIII族窒化物半導体領域の表面側および第３のIII族窒化物半導体領域の表面に形成されているソース電極、
を備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
ｎ型の不純物を含むｎ型のIII族窒化物半導体層と、
ｎ型のIII族窒化物半導体層の上部に島状に形成されているとともにｐ型の不純物を含む第１のIII族窒化物半導体領域と、
第１のIII族窒化物半導体領域の表面の一部に形成されている不純物拡散防止膜と、
ｎ型のIII族窒化物半導体層の表面および不純物拡散防止膜の表面に形成されているとともにｎ型の不純物を含むかまたはｉ型の第２のIII族窒化物半導体領域と、
第１のIII族窒化物半導体領域の表面の不純物拡散防止膜が形成されていない部分に形成されているとともにｐ型の不純物を含む第３のIII族窒化物半導体領域と、
第１のIII族窒化物半導体領域に対向する第２のIII族窒化物半導体領域の表面側に形成されているゲート絶縁膜と、
ゲート絶縁膜の表面に形成されているゲート電極と、
第１のIII族窒化物半導体領域に対向する位置の第２のIII族窒化物半導体領域の表面側および第３のIII族窒化物半導体領域の表面に形成されているソース電極と、
第１のIII族窒化物半導体領域に対向しない位置の第２のIII族窒化物半導体領域の表面側に形成されているドレイン電極、
を備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
第２のIII族窒化物半導体領域の表面に、第２のIII族窒化物半導体領域のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有するとともにｎ型の不純物を含むかまたはｉ型の第４のIII族窒化物半導体領域が形成されており、
第４のIII族窒化物半導体領域の表面に、ゲート絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項７又は８の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高耐圧デバイスあるいは高周波デバイス等に使用されるIII族窒化物半導体を利用した半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
III族窒化物半導体を利用する半導体装置では、ｐ型の不純物を含むIII族窒化物半導体（以下ではｐ型のIII族窒化物半導体ということがある）の表面に、ｎ型の不純物を含むIII族窒化物半導体（以下ではｎ型のIII族窒化物半導体ということがある）またはｉ型のIII族窒化物半導体を結晶成長し、ｎ型またはｉ型のIII族窒化物半導体の一部をエッチングしてｐ型のIII族窒化物半導体の表面の一部を露出させ、露出したｐ型のIII族窒化物半導体の表面に金属電極を形成することがある。このような半導体装置が特許文献１に開示されている。ｐ型のIII族窒化物半導体の表面に金属電極を形成すると、ｐ型のIII族窒化物半導体の電位を安定化させることができる。その結果、ｐ型のIII族窒化物半導体とｎ型またはｉ型のIII族窒化物半導体の間に安定した空乏層を形成させることができ、ノーマリーオフの特性を実現することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２６０１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の技術では、ｎ型またはｉ型のIII族窒化物半導体の一部をエッチングしてｐ型のIII族窒化物半導体の表面の一部を露出させるときに、ｎ型またはｉ型のIII族窒化物半導体をエッチングするためのエネルギーがｐ型のIII族窒化物半導体の表面に作用し、ｐ型のIII族窒化物半導体の表面の導電型がｎ型に反転する現象が生じることがある。表面がｎ型に反転したｐ型のIII族窒化物半導体の表面に金属電極を形成しても、ｐ型のIII族窒化物半導体と金属電極の間に良好なオーミックコンタクト特性が得られない。
また、ｐ型のIII族窒化物半導体は薄いために、ｎ型またはｉ型のIII族窒化物半導体の一部をエッチングしてｐ型のIII族窒化物半導体の表面の一部を露出させる際に、ｐ型のIII族窒化物半導体を貫通するまでエッチングしてしまうことがある。ｐ型のIII族窒化物半導体の表面が露出し、しかもｐ型のIII族窒化物半導体を貫通しない状態でエッチングを停止することが難しい。
【０００５】
そこで、ｐ型のIII族窒化物半導体の表面に、ｎ型またはｉ型のIII族窒化物半導体を結晶成長するとともに、ｎ型またはｉ型のIII族窒化物半導体の一部をエッチングしないでｐ型のIII族窒化物半導体の表面を露出させる技術が必要とされている。
本発明では、ｐ型のIII族窒化物半導体領域の表面を、その表面に結晶成長したｎ型またはｉ型のIII族窒化物半導体をエッチングしないで露出させる技術を実現する。さらにｐ型のIII族窒化物半導体領域と金属電極が、良好に接続されている半導体装置を実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
III族窒化物半導体では、ｐ型の不純物としてマグネシウムを使用することが多い。マグネシウムは拡散し易いため、マグネシウムを含む半導体領域に隣接する半導体領域（本来はマグネシウムを含まないはずの半導体領域）にマグネシウムが拡散し、マグネシウムを含まないはずの半導体領域の不純物濃度を変化させることが知られている。半導体領域の不純物濃度が変化すると、半導体装置が所望する動作をしないことがある。従来の常識では、半導体領域に含まれている不純物が、他の半導体領域に拡散しないように対策している。例えば、マグネシウムを含む半導体領域とマグネシウムを含まないはずの半導体領域の間に不純物拡散防止膜を形成するといった技術が利用される。
しかしながら、本発明では、ｐ型のIII族窒化物半導体に含まれている不純物が、隣接する半導体領域の不純物濃度を変化させる現象を積極的に利用する。すなわち、ｐ型のIII族窒化物半導体領域に隣接する半導体領域のなかで、所望する半導体領域にはｐ型の不純物を拡散させ、その半導体領域の導電型をｐ型に変化させる。一方、所望しない領域にはｐ型の不純物を拡散させないで、半導体装置に所望する動作を実現させる。従来技術では半導体装置の動作を不安定にさせる原因であった不純物の拡散現象を利用することによって、本発明では半導体装置の動作を安定にさせる。
ｐ型のIII族窒化物半導体の不純物としてマグネシウムを利用すると、不純物の拡散の問題が顕著になる。しかしながら、マグネシウム以外の不純物を利用しても同様の問題が起こる。半導体装置の微細化が進むに従い、マグネシウム以外の不純物を利用しても、半導体領域に含まれているｐ型の不純物が、隣接する半導体領域に拡散してマグネシウムを含まないはずの半導体領域の不純物濃度を変化させる現象が発生する。
ここでいう拡散は、狭義の意味の拡散に限定されない。例えば、マグネシウムを含む半導体結晶上にマグネシウムを含まないはずの半導体結晶を成長させると、マグネシウムを含まないはずの半導体結晶にマグネシウムがとりこまれることがある。ここでは、この現象も拡散現象と表現する。
【０００７】
本発明の半導体装置では、ｐ型の不純物を含む第１のIII族窒化物半導体領域の表面に、その表面の一部を覆っている不純物拡散防止膜が形成されている。第１のIII族窒化物半導体領域の表面に、不純物拡散防止膜で覆われている部分と不純物拡散防止膜で覆われていない部分が存在する。第１のIII族窒化物半導体領域と不純物拡散防止膜を介して向かい合っているとともにｎ型の不純物を含むかまたはｉ型の第２のIII族窒化物半導体領域が形成されている。さらに、第１のIII族窒化物半導体領域と不純物拡散防止膜を介さないで向かい合っているとともにｐ型の不純物を含む第３のIII族窒化物半導体領域が形成されている。
【０００８】
上記の半導体装置によると、第１のIII族窒化物半導体領域から第３のIII族窒化物半導体領域に不純物が拡散する。すなわち、第３のIII族窒化物半導体領域の導電型は、半導体領域を形成するときの導電型がｎ型またはｉ型であっても、第１のIII族窒化物半導体領域から不純物が拡散することによってｐ型に変化する。第３のIII族窒化物半導体領域の導電型がｐ型であると、第３のIII族窒化物半導体領域の表面に、第１のIII族窒化物半導体領域とコンタクトするための金属電極を形成することができる。第２のIII族窒化物半導体領域をエッチングしないで、第１のIII族窒化物半導体領域と金属電極をコンタクトさせることができる。エッチング工程を省略することができるので、半導体装置の製造コストを低くすることができる。また、不純物拡散防止膜によって、第１のIII族窒化物半導体領域から第２のIII族窒化物半導体領域に不純物が拡散しない。第２のIII族窒化物半導体領域の不純物濃度が変化しないため、半導体装置の動作は安定する。
【０００９】
本発明の半導体装置では、第３のIII族窒化物半導体領域が、その表面から第１のIII族窒化物半導体領域に至る全領域において、ｐ型であることが好ましい。
上記の半導体装置によると、第３のIII族窒化物半導体と金属電極の間に良好なオーミックコンタクト特性を得られる。
【００１０】
本発明では、第１のIII族窒化物半導体領域のバンドギャップよりも、第２のIII族窒化物半導体領域のバンドギャップの方が大きい半導体装置を提供することができる。
上記の半導体装置によると、第１のIII族窒化物半導領域と第２のIII族窒化物半導体領域によって、ヘテロ接合が構成される。ヘテロ接合が構成されることによって、第１のIII族窒化物半導体領域と第２のIII族窒化物半導体領域の間に、２次元電子ガス領域が形成される。２次元電子ガス領域が形成されると電子が移動することができる。ヘテロ接合を有する半導体装置を少ない構成で実現できるため、半導体装置の製造コストを低くすることができる。
【００１１】
本発明では、第２のIII族窒化物半導体領域の表面に、第２のIII族窒化物半導体領域のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有するとともにｎ型の不純物を含むかまたはｉ型の第４のIII族窒化物半導体領域が形成されている半導体装置を提供することができる。
上記の半導体装置によると、第２のIII族窒化物半導体領域と第４のIII族窒化物半導体領域によって、ヘテロ接合が構成される。ヘテロ接合が構成されることによって、第２のIII族窒化物半導体領域と第４のIII族窒化物半導体領域の間に、２次元電子ガス領域が形成される。ｎ型の不純物を含むかまたはｉ型の半導体領域内に２次元電子ガス領域が形成されるため、電子の移動抵抗が小さくなり、半導体装置のオン抵抗を低くすることができる。
【００１２】
本発明の半導体装置では、第１のIII族窒化物半導体領域に含まれている不純物が、マグネシウムであることが好ましい、
マグネシウムは大きな拡散速度を有している。第１のIII族窒化物半導体領域に含まれているマグネシウムが、第３のIII族窒化物半導体領域に拡散しやすい。第３のIII族窒化物半導体領域の導電型がｐ型に変化し易くなる。
【００１３】
本発明の半導体装置では、不純物拡散防止膜が、アルミニウムを組成の一部とするIII族窒化物半導体で形成されていることが好ましい。
アルミニウムを組成の一部とするIII族窒化物半導体は、半導体に含まれている不純物の拡散を防止する効果が高い。第１のIII族窒化物半導体領域から第２のIII族窒化物半導体領域に、不純物が拡散する現象を防止できる。アルミニウムの組成割合が高いほど不純物の拡散を防止する効果は高く、特に、アルミニウムの組成割合が５０％以上であることが好ましい。
【００１４】
本発明の具体的な１態様では、ヘテロ接合を有する縦型の半導体装置に具現化することができる。
その半導体装置は、ドレイン電極と、ドレイン電極の表面に形成されているとともにｎ型の不純物を高濃度に含む高濃度III族窒化物半導体層を備えている。高濃度III族窒化物半導体層の表面に、ｎ型の不純物を低濃度に含む低濃度III族窒化物半導体層が形成されている。低濃度III族窒化物半導体層の上部に、ｐ型の不純物を含む第１のIII族窒化物半導体領域が島状に形成されている。第１のIII族窒化物半導体領域の表面の一部に、不純物拡散防止膜が形成されている。低濃度III族窒化物半導体層の表面および不純物拡散防止膜の表面に、ｎ型の不純物を含むかまたはｉ型の第２のIII族窒化物半導体領域が形成されている。第１のIII族窒化物半導体領域の表面の不純物拡散防止膜が形成されていない部分に、ｐ型の不純物を含む第３のIII族窒化物半導体領域が形成されている。第１のIII族窒化物半導体領域に対向する第２のIII族窒化物半導体領域の表面側に、ゲート絶縁膜が形成されている。ゲート絶縁膜の表面に、ゲート電極が形成されている。第１のIII族窒化物半導体領域に対向する位置の第２のIII族窒化物半導体領域の表面側および第３のIII族窒化物半導体領域の表面に、ソース電極が形成されている。
【００１５】
上記のヘテロ接合を有する縦型の半導体装置では、ゲート電極に電圧が印加されていないときに、第１のIII族窒化物半導体領域から第２のIII族窒化物半導体領域に向けて空乏層が伸びる。その結果、ノーマリーオフの半導体装置が実現できる。
ここで、第１のIII族窒化物半導体領域のバンドギャップよりも、第２のIII族窒化物半導体領域のバンドギャップを大きくすると、第１のIII族窒化物半導体領域と第２のIII族窒化物半導体領域の間にヘテロ接合が構成される。ゲート絶縁膜は、第２のIII族窒化物半導体領域の表面に形成されている。ソース電極は、第２のIII族窒化物半導体領域の表面と第３のIII族窒化物半導体領域の表面に形成されている。
第２のIII族窒化物半導体領域の表面に、第２のIII族窒化物半導体領域のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有するとともにｎ型の不純物を含むかまたはｉ型の第４のIII族窒化物半導体領域が形成されていてもよい。第２のIII族窒化物半導体領域と第４のIII族窒化物半導体領域の間にヘテロ接合が構成される。この場合、ゲート絶縁膜は、第４のIII族窒化物半導体領域の表面に形成されている。ソース電極は、第４のIII族窒化物半導体領域の表面と第３のIII族窒化物半導体領域の表面に形成されている。
第１のIII族窒化物半導体領域と第２のIII族窒化物半導体領域の間、または、第２のIII族窒化物半導体領域と第４のIII族窒化物半導体領域の間にヘテロ接合が構成されることによって、ヘテロ接合面に２次元電子ガス層が形成される。２次元電子ガス層が形成されると電子が移動することができる。
【００１６】
本発明の具体的な他の１態様では、ヘテロ接合を有する横型の半導体装置に具現化することができる。
その半導体装置では、ｎ型の不純物を含むｎ型のIII族窒化物半導体層の上部に、ｐ型の不純物を含む第１のIII族窒化物半導体領域が島状に形成されている。第１のIII族窒化物半導体領域の表面の一部に、不純物拡散防止膜が形成されている。ｎ型のIII族窒化物半導体層の表面および不純物拡散防止膜の表面に、ｎ型の不純物を含むかまたはｉ型の第２のIII族窒化物半導体層が形成されている。第１のIII族窒化物半導体領域の表面の不純物拡散防止膜が形成されていない部分に、ｐ型の不純物を含む第３のIII族窒化物半導体領域が形成されている。第１のIII族窒化物半導体領域に対向する第２のIII族窒化物半導体領域の表面側に、ゲート絶縁膜が形成されている。ゲート絶縁膜の表面に、ゲート電極が形成されている。第１のIII族窒化物半導体領域に対向する位置の第２のIII族窒化物半導体領域の表面側および第３のIII族窒化物半導体領域の表面に、ソース電極が形成されている。第１のIII族窒化物半導体領域に対向しない位置の第２のIII族窒化物半導体領域の表面側に、ドレイン電極が形成されている。
【００１７】
上記のヘテロ接合を有する横型の半導体装置では、ゲート電極に電圧が印加されていないときに、第１のIII族窒化物半導体領域から第２のIII族窒化物半導体領域に向けて空乏層が伸びる。その結果、ノーマリーオフの半導体装置が実現できる。
ここで、第１のIII族窒化物半導体領域のバンドギャップよりも、第２のIII族窒化物半導体領域のバンドギャップを大きくすると、第１のIII族窒化物半導体領域と第２のIII族窒化物半導体領域の間にヘテロ接合が構成される。この場合、ゲート絶縁膜は、第２のIII族窒化物半導体領域の表面に形成されている。ソース電極は、第２のIII族窒化物半導体領域の表面と第３のIII族窒化物半導体領域の表面に形成されている。ドレイン電極は、第２のIII族窒化物半導体領域の表面に形成されている。
第２のIII族窒化物半導体領域の表面に、第２のIII族窒化物半導体領域のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有するとともにｎ型の不純物を含むかまたはｉ型の第４のIII族窒化物半導体領域が形成されていてもよい。第２のIII族窒化物半導体領域と第４のIII族窒化物半導体領域の間にヘテロ接合が構成される。ゲート絶縁膜は、第４のIII族窒化物半導体領域の表面に形成されている。ソース電極は、第４のIII族窒化物半導体領域の表面と第３のIII族窒化物半導体領域の表面に形成されている。ドレイン電極は、第４のIII族窒化物半導体領域の表面に形成されている。
第１のIII族窒化物半導体領域と第２のIII族窒化物半導体領域の間、または、第２のIII族窒化物半導体領域と第４のIII族窒化物半導体領域の間にヘテロ接合が構成されることによって、ヘテロ接合面に２次元電子ガス層が形成される。２次元電子ガス層が形成されると電子が移動することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、ｐ型のIII族窒化物半導体領域の表面と金属電極の間に、良好なオーミック特性が確保されている半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
実施例の主要な特徴を列記する。
（第１実施形態）  ｎ−型のIII族窒化物半導体層２６の表面に、複数個のｐ＋型のIII族窒化物半導体領域２８が島状に形成されている。
（第２実施形態）  ｐ＋型のIII族窒化物半導体領域２８と不純物拡散防止膜３６を介して向かい合う位置に、ｎ−型のIII族窒化物半導体領域４４が形成されている。
（第３実施形態）  ｎ−型のIII族窒化物半導体領域４４の表面に、ｎ−型のIII族窒化物半導体領域４４のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有するｉ型のIII族窒化物半導体領域３８が形成されている。
（第４実施形態）  ｎ−型のIII族窒化物半導体領域４４とｎ−型のIII族窒化物半導体領域３８の両端部分に、ｎ＋型のIII族窒化物半導体領域３２が形成されている。
（第５実施形態）  ｎ＋型のIII族窒化物半導体領域３２とｐ型のIII族半導体領域３０の両方に接続するソース電極３４が形成されている。
（第６実施形態）  III族窒化物半導体領域３８の表面に、ゲート絶縁膜４２を介してゲート電極４０が形成されている。ゲート電極４０は、少なくともｐ＋型のIII族窒化物半導体領域２８に対向する位置に形成されている。
【実施例】
【００２０】
図面を参照して以下に実施例を詳細に説明する。
（第１実施例）
図１に、ヘテロ接合を有する縦型のIII族窒化物半導体装置１０の要部断面図を模式的に示す。図１は、半導体装置１０の単位構造を示し、この単位構造が実際には紙面左右方向に繰返されている。
半導体装置１０の裏面に、チタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）が積層しているドレイン電極２２が形成されている。ドレイン電極２２の表面に、窒化ガリウム（ＧａＮ）を主材料とするｎ＋型のIII族窒化物半導体層２４が形成されている。III族窒化物半導体層２４の不純物には、シリコン（Ｓｉ）または酸素（Ｏ）が用いられており、そのキャリア濃度は約３×１０１８ｃｍ−３に調整されている。
III族窒化物半導体層２４の表面に、窒化ガリウムを主材料とするｎ−型の低濃度III族窒化物半導体層２６が形成されている。III族窒化物半導体層２６の不純物にはシリコンが用いられており、そのキャリア濃度は約１×１０１６ｃｍ−３に調整されている。
III族窒化物半導体層２６の上部に、窒化ガリウムを主材料とするｐ＋型のIII族窒化物半導体領域（第１のIII族窒化物半導体領域）２８が島状に分散して形成されている。III族窒化物半導体領域２８の不純物にはマグネシウム（Ｍｇ）が用いられており、そのキャリア濃度は約１×１０１８ｃｍ−３に調整されている。複数のIII族窒化物半導体領域２８が、III族窒化物半導体層２６の上部に分散して形成されており、隣接するIII族窒化物半導体領域２８の間は、III族窒化物半導体層２６によって隔てられている。図１に示すように、本実施例では、紙面左右に２つのIII族窒化物半導体領域２８が形成されている。平面視したときに、III族窒化物半導体領域２８は紙面奥行き方向に長く伸びており、複数のIII族窒化物半導体領域２８がストライプ状に配置されている。
【００２１】
III族窒化物半導体領域２８の表面の一部に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主材料とする不純物拡散防止膜３６が形成されている。後述するように、ソース電極３４がｐ＋型のIII族窒化物半導体領域３０を介してIII族窒化物半導体領域２８に電気的にコンタクトする部位では、不純物拡散防止膜３６が形成されていない。また、不純物拡散防止膜３６として、窒化アルミニウム以外にも、アルミニウムを組成の一部とするIII族窒化物半導体や窒化シリコン（ＳｉＮ）や酸化シリコン（ＳｉＯ２）を利用することもできる。さらに、窒化シリコンと酸化シリコンの複合膜を利用することもできる。不純物拡散防止膜３６は、III族窒化物半導体領域２８に含まれているｐ型の不純物を、後述するIII族窒化物半導体領域４４やIII族窒化物半導体領域３８に拡散させない材料であればよい。
III族窒化物半導体層２６の表面に、窒化ガリウムを主材料とするｎ−型のIII族窒化物半導体領域（第２のIII族窒化物半導体領域）４４が形成されている。III族窒化物半導体領域４４は不純物拡散防止膜３６の表面にも形成されている。すなわち、III族窒化物半導体領域２８と不純物拡散防止膜３６を介して向かい合うIII族窒化物半導体領域４４が形成される。III族窒化物半導体領域４４の不純物にはシリコン（Ｓｉ）が用いられており、そのキャリア濃度は約１×１０１６ｃｍ−３に調整されている。
III族窒化物半導体領域４４上に、窒化ガリウム・アルミニウム（Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ）を主材料とするｉ型のIII族窒化物半導体領域（第４のIII族窒化物半導体領域）３８が形成されている。III族窒化物半導体領域３８の結晶構造にはアルミニウムが含まれており、III族窒化物半導体領域４４のバンドギャップよりもIII族窒化物半導体領域３８の方が大きなバンドギャップを有している。III族窒化物半導体領域４４とIII族窒化物半導体領域３８によってヘテロ接合が構成されている。III族窒化物半導体領域３８には不純物の導入を行っていない。
【００２２】
窒化ガリウムを主材料とするｎ＋型のソース領域３２が、III族窒化物半導体領域４４とIII族窒化物半導体領域３８の紙面左右方向の両端に形成されている。ソース領域３２は、平面視したときに、低濃度III族窒化物半導体層２６がIII族窒化物半導体領域４４に接する範囲（紙面中央側）のIII族窒化物半導体領域４４とIII族窒化物半導体領域３８には接していない。ソース領域３２の不純物にはシリコンが用いられており、そのキャリア濃度は約３×１０１８ｃｍ−３に調整されている。
III族窒化物半導体領域２８の表面の不純物拡散防止膜３６が形成されていない部分に、ｐ型のIII族窒化物半導体領域（第３のIII族窒化物半導体領域）３０が形成されている。III族窒化物半導体領域３０は、III族窒化物半導体領域２８の不純物（本実施例ではマグネシウム）がIII族窒化物半導体領域４４とIII族窒化物半導体領域３８に拡散することによって、III族窒化物半導体領域４４の一部とIII族窒化物半導体領域３８の一部がｐ型化した領域である。
【００２３】
III族窒化物半導体領域３８の表面に、酸化シリコン主材料とするゲート絶縁膜４２が形成されている。ゲート絶縁膜４２の表面に、ニッケル（Ｎｉ）を主材料とするゲート電極４０が形成されている。なお、本実施例では、ゲート絶縁膜４２およびゲート電極４０は、III族窒化物半導体領域４４及びIII族窒化物半導体領域３８のほぼ全範囲に対向して形成されているが、ゲート絶縁膜４２およびゲート電極４０は、III族窒化物半導体領域２８に対向する位置にさえ形成されていればよい。すなわち、ソース領域３２の紙面中央側端とIII族窒化物半導体領域２８の紙面中央側端をオーバーラップする部分にさえ形成されていればよい。
【００２４】
ソース領域３２とIII族窒化物半導体領域３０の表面に、チタンとアルミニウムの積層からなるソース電極３４が形成されている。ソース電極３４は、III族窒化物半導体領域３０を介して、III族窒化物半導体領域２８に電気的に接続している。
【００２５】
次に、半導体装置１０の動作を説明する。
ｐ型のIII族窒化物半導体領域２８が、不純物拡散防止膜３６を介して、ｎ型のIII族窒化物半導体領域４４に接している。ゲート電極４０に電圧を印加していない状態では、III族窒化物半導体領域３８の領域３８ａまで空乏層が形成される。すなわち、空乏層はIII族窒化物半導体領域４４とIII族窒化物半導体領域３８のヘテロ接合面にまで伸びている。ヘテロ接合面の伝導帯のエネルギー準位はフェルミ準位よりも上側に存在することになり、２次元電子ガス層がヘテロ接合面に存在することができない。すなわち、ゲート電極４０に電圧が印加されていない状態では電子の走行が停止され、半導体装置１０はオフとなる。半導体装置１０は、ノーマリーオフの動作を行う。
【００２６】
ゲート電極４０に正の電圧が印加されている状態では、III族窒化物半導体領域３８の領域３８ａまで形成されていた空乏層が消失し、III族窒化物半導体領域４４とIII族窒化物半導体領域３８のヘテロ接合面に２次元電子ガス層が形成される。よって、２次元電子ガス層の伝導帯のエネルギー準位がフェルミ準位よりも下側に存在することになり、ヘテロ接合面のポテンシャル井戸内に２次元電子ガス層が存在する状態が作り出される。この結果、２次元電子ガス層内を電子が走行し、半導体装置１０はオンとなる。
ソース領域３２からIII族窒化物半導体領域４４とIII族窒化物半導体領域３８のヘテロ接合面の２次元電子ガス層に沿って横方向に走行してきた電子は、低濃度III族窒化物半導体層２６の凸部（低濃度III族窒化物半導体層２６がIII族窒化物半導体領域４４に接する部分）を縦方向に流れ、低濃度III族窒化物半導体層２６及びドレイン領域２４を経由してドレイン電極２２まで流れる。ソース電極３４とドレイン電極２２の間が導通する。
【００２７】
上記したように、半導体装置１０のオン、オフの制御は、III族窒化物半導体領域２８、不純物拡散防止膜３６、III族窒化物半導体領域４４、およびIII族窒化物半導体領域３８が積層している部分で行われている。すなわち、ゲート電極４０に印加する電圧によって、III族窒化物半導体領域４４に形成される空乏層の厚みを制御することにより、半導体装置１０のオン、オフが制御される。ソース電極３４とIII族窒化物半導体領域３０が、良好なオーミック特性を示すため、III族窒化物半導体領域２８の電位が安定する所定のゲート電圧を印加することによって、半導体装置１０が確実にオンし、ゲート電圧を印加しないと半導体装置１０が確実にオフする。
【００２８】
（第２実施例）
本発明は、横型の半導体装置にも具現化することができる。図２に、半導体装置１００の要部断面図を示す。半導体装置１００は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）で構成されている基板１４８の表面に、ｎ−型のIII族窒化物半導体層１２６が形成されている。ｎ−型のIII族窒化物半導体層１２６の一部の領域に、ｐ＋型のIII族窒化物半導体領域１２８が島状に形成されている。III族窒化物半導体領域１２８の不純物にはマグネシウムが用いられている。III族窒化物半導体領域１２８の一部の表面に、不純物拡散防止膜１３６が形成されている。III族窒化物半導体領域１２８の不純物拡散防止膜１３６が形成されていない領域に、III族窒化物半導体領域１３０が形成されている。不純物拡散防止膜１３６上から、III族窒化物半導体層１２６のIII族窒化物半導体領域１２８が形成されていない領域の一部に渡って、III族窒化物半導体領域１４４が形成されている。III族窒化物半導体領域１４４の表面に、III族窒化物半導体領域１４４のバンドギャップよりもの大きなバンドギャップを有するIII族窒化物半導体領域１３８が形成されている。III族窒化物半導体領域１３８の表面に、ゲート絶縁膜１４２が形成されている。III族窒化物半導体領域１４２とIII族窒化物半導体領域１３８の紙面左側の端部に、ｎ＋型のソース領域１３２が形成されている、III族窒化物半導体領域１４２とIII族窒化物半導体領域１３８の紙面右側の端部に、ｎ＋型のドレイン領域１４６が形成されている。III族窒化物半導体領域１２８の不純物拡散防止膜１３６が形成されていない表面に、III族窒化物半導体領域１３０が形成されている。
【００２９】
ゲート電極１４０に正の電圧を印加していない状態では、III族窒化物半導体領域１２８とIII族窒化物半導体領域１４４のから空乏層が伸びており、領域１３８ａは空乏化されている。ゲート電極１４０に電圧が印加されていない状態では電子の走行が停止され、半導体装置１００はオフとなる。半導体装置１００は、ノーマリーオフの動作を行う。
一方、ゲート電極１４０に正の電圧が印加されている状態では、III族窒化物半導体領域１３８ａに形成されていた空乏層が消失し、III族窒化物半導体領域１４４とIII族窒化物半導体領域１３８のヘテロ接合面に２次元電子ガス層が形成される。２次元電子ガス層内を電子が走行し、半導体装置１００はオンとなる。
【００３０】
（第３実施例）
図３を参照して、本発明の半導体装置２００を説明する。なお、第１実施例と実質的に同様の構成については、同じ参照番号を付して説明を省略する。半導体装置２００は、第１実施例の半導体装置１０に対して、III族窒化物半導体領域４４とIII族窒化物半導体領域３８の代わりに、III族窒化物半導体領域２８よりもバンドギャップの大きいｎ−型のIII族窒化物半導体領域２４４が形成されている。III族窒化物半導体領域２８とIII族窒化物半導体領域２４４によってヘテロ接合が構成されている。図３では、III族窒化物半導体領域２８とIII族窒化物半導体領域２４４の間に、不純物拡散防止膜３６が形成されている。しかしながら、不純物拡散防止膜３６は、極めて薄い膜であるため、III族窒化物半導体領域２８とIII族窒化物半導体領域２４４の間にヘテロ接合が構成される。III族窒化物半導体領域２８とIII族窒化物半導体領域３８の間にヘテロ接合が構成されることにより、ゲート電極４０に電圧を印加していない状態では、III族窒化物半導体領域２８とIII族窒化物半導体領域２４４のヘテロ接合面からIII族窒化物半導体領域２４４に向けて空乏層が伸びる。すなわち、ゲート電極４０に電圧を印加していない状態では、III族窒化物半導体領域２４４の領域２４４ａに空乏層が形成されている。ヘテロ接合面の伝導帯のエネルギー準位は、フェルミ準位よりも上側に存在し、２次元電子ガス層がヘテロ接合面に存在することができない。すなわち、ゲート電極４０に電圧が印加されていない状態では電子の走行が停止され、半導体装置２００はオフとなる。半導体装置２００は、ノーマリーオフの動作を行う。
一方、ゲート電極４０に正の電圧が印加されている状態では、III族窒化物半導体領域２４４の領域２４４ａに形成されていた空乏層が消失し、III族窒化物半導体領域２８とIII族窒化物半導体領域２４４のヘテロ接合面に２次元電子ガス層が形成される。よって、２次元電子ガス層の伝導帯のエネルギー準位がフェミル準位よりも下側に存在することになり、ヘテロ接合面のポテンシャル井戸内に２次元電子ガス層が存在する状態が作りだされる。この結果、２次元電子ガス層内を電子が走行し、半導体装置２００はオンする。
【００３１】
（第４実施例）
図４を参照して、本発明の半導体装置３００を説明する。なお、第１実施例及び第３実施例と実質的に同様の構成については、同じ参照番号を付して説明を省略する。半導体装置３００は、第１実施例の半導体装置１０に対して、III族窒化物半導体領域４４とIII族窒化物半導体領域３８の代わりに、III族窒化物半導体領域２８と同じバンドギャップのｎ−型のIII族窒化物半導体領域３４４が形成されている。図４では、III族窒化物半導体領域２８とIII族窒化物半導体領域３４４の間に、不純物拡散防止膜３６が形成されている。ゲート電極４０に電圧を印加していない状態では、III族窒化物半導体領域２８とIII族窒化物半導体領域３４４の接合面からIII族窒化物半導体領域３４４に向けて空乏層が伸びる。すなわち、ゲート電極４０に電圧を印加していない状態では、III族窒化物半導体領域３４４の領域３４４ａに空乏層が形成されている。したがって、III族窒化物半導体領域３４４には電流に寄与できるキャリアが存在しない。すなわち、ゲート電極４０に電圧が印加されていない状態では電子の走行が停止され、半導体装置３００はオフとなる。半導体装置３００は、ノーマリーオフの動作を行う。
一方、ゲート電極４０に正の電圧が印加されている状態では、III族窒化物半導体領域３４４の領域３４４ａに形成されていた空乏層が消失し、III族窒化物半導体領域３４４の内部に電流に寄与できるキャリアが存在するようになる。この結果、III族窒化物半導体領域３４４中をキャリアである電子が走行し、半導体装置３００はオンする
【００３２】
（実験例）
図５は、半導体装置１０のIII族窒化物半導体領域３０のマグネシウム濃度を、ＳＩＭＳ（Secondary ion mass spectrometry：２次イオン質量分析法）で測定した結果を示している。図４の縦軸は、マグネシウム濃度（単位：ｃｍ−３）を示し、横軸はIII族窒化物半導体領域３０の表面からの距離（単位：ｎｍ）を示している。図中の点線６２は、III族窒化物半導体領域３０とIII族窒化物半導体領域２８の境界を示している。すなわち、点線６２の紙面左側は半導体領域３０を示し、点線６２の紙面右側はIII族窒化物半導体領域２８を示している。
カーブ６０から明らかなように、マグネシウム濃度は、III族窒化物半導体領域３０の表面付近では高く、III族窒化物半導体領域３０の表面から離れるに従って低くなっている。一旦低くなったマグネシウム濃度は、III族窒化物半導体領域２８に近付くに従って高くなっている。図中の点線６４は、３×１０１８ｃｍ−３のマグネシウム濃度を示している。ここで、III族窒化物半導体領域３０のマグネシウム濃度が最も低い部分においても、マグネシウム濃度が３×１０１８ｃｍ−３以上である。ｎ−型のIII族窒化物半導体領域４４のｎ型の不純物濃度は、約１×１０１６ｃｍ−３である。ここで、マグネシウムの活性化率が１％、III族窒化物半導体領域４４のｎ型の不純物の活性化率が１００％と仮定しても、III族窒化物半導体領域３０の導電型は、半導体領域の全領域に亘ってｐ型になる。さらに、本実験の結果、III族窒化物半導体領域３０の表面付近のマグネシウム濃度は、III族窒化物半導体領域３０の表面以外のマグネシウム濃度よりも高くなることが判明した。これは狭義の拡散現象では説明することができない。本発明では、III族窒化物半導体領域２８のマグネシウムが何らかの過程を経てIII族半導体領域３０にシフトすることを拡散という。III族窒化物半導体領域３０のソース電極３４と接触する部分のマグネシウム濃度が高いため、III族窒化物半導体領域３０とソース電極３４の接触抵抗が小さくなる。すなわち、III族窒化物半導体領域３０とソース電極３４の間に、良好なオーミックコンタクト特性を得られる。
【００３３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上記実施例では、ｐ型のIII族窒化物半導体領域の表面に、ｎ型の低濃度III族窒化物半導体領域が形成されているが、ｎ型のIII族窒化物半導体領域に替えてｉ型のIII族窒化物半導体領域が形成されていてもよい。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１実施例の半導体装置の要部断面図を示す。
【図２】第２実施例の半導体装置の要部断面図を示す。
【図３】第３実施例の半導体装置の要部断面図を示す。
【図４】第４実施例の半導体装置の要部断面図を示す。
【図５】マグネシウムが拡散した半導体領域において、半導体領域の表面からの距離とマグネシウム濃度の関係を示す。
【符号の説明】
【００３５】
２２，１２２：ドレイン電極
２４，１４６：ｎ＋型のドレイン領域
２６，１２６：ｎ−型の低濃度III族窒化物半導体層
２８，１２８：第１のIII族窒化物半導体領域
３０，１３０，２３０，３３０：第３のIII族窒化物半導体領域
３２，１３２，２３２，３３２：ソース領域
３４，１３４：ソース電極
３６，１３６：不純物拡散防止層
３８：第４のIII族窒化物半導体領域
４０，１４０：ゲート電極
４２，１４２：ゲート絶縁膜
４４，１４４，２４４，３４４：第２のIII族窒化物半導体領域
【図１】
2008021756.tif 000003
【図２】
2008021756.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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