(57)【要約】【課題】ノーマリオフ特性を有するHEMTを得ることが困難であった。【解決手段】本発明に従うHEMTは、電子走行層３と、この上を選択的に覆う連続的成長阻止層５と、電子供給層（第２の半導体層）６と、不連続成長層７と、ソース電極９と、ドレイン電極１０と、ゲート電極１１とを有している。連続的成長阻止層５と不連続成長層７とはゲート電極１１の下に配置されている。電子走行層３と電子供給層（第２の半導体層）６とのヘテロ接合面に沿って２ＤＥＧ層８が形成される。ゲート電極１１に電圧が印加されていない時に電子走行層３と連続的成長阻止層５との界面に沿って２ＤＥＧ層が形成されない。これにより、ノーマリオフ特性を有するHEMTを得ることができる。【選択図】図１
2008306130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体材料から成る第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の主面の第１の部分と第２の部分との間の第３の部分の上に形成され且つ第２の半導体材料が前記第１の半導体層の上に連続的に成長することを阻止する性質を有している連続的成長阻止層と、
前記第１の半導体層の主面の前記第１及び第２の部分の上に前記第２の半導体材料を連続的に成長させたものであって、前記第１の半導体層に２次元キャリアガス層を生じさせる性質を有している第２の半導体層と、
前記第２の半導体層の形成と同時に前記第２の半導体材料を前記連続的成長阻止層の上に成長させたものであって、ノーマリ状態において前記第１の半導体層に電流通路として機能する２次元キャリアガス層を生じさせない性質を有している不連続成長層と、
前記第１の半導体層の主面の前記第１の部分に沿って形成される２次元キャリアガス層に電気的に結合されたソース電極と、
前記第１の半導体層の主面の前記第２の部分に沿って形成される２次元キャリアガス層に電気的に結合されたドレイン電極と、
前記不連続成長層の上に配置されたゲート電極と
を備えていることを特徴とする電界効果型半導体装置。
【請求項２】
前記第１の半導体材料は第１の窒化物半導体から成り、前記第２の半導体材料は前記第１の窒化物半導体よりも広いバンドギャップ有している第２の窒化物半導体から成ることを特徴とする請求項１記載の電界効果型半導体装置。
【請求項３】
前記第１の窒化物半導体は少なくともＧａとＮとを含む窒化物半導体から成り、前記第２の窒化物半導体は少なくともＡｌとＧａとＮ、又は少なくともＩｎとＧａとＮとを含み且つ前記第１の窒化物半導体よりも広いバンドギャップ有している窒化物半導体から成ることを特徴とする請求項２記載の電界効果型半導体装置。
【請求項４】
前記連続的成長阻止層は、絶縁物又は多結晶材料又は半導体から成ることを特徴とする請求項１又は２又は３記載の電界効果型半導体装置。
【請求項５】
前記連続的成長阻止層の前記絶縁物はシリコン酸化物又はシリコン窒化物又はアルミニウム酸化物であることを特徴とする請求項４記載の電界効果型半導体装置。
【請求項６】
前記不連続成長層は、前記第２の半導体材料が前記第１の半導体層に対してコヒーレントに成長していない層、又は第２の半導体材料が前記第１の半導体層に対して格子不整合に成長した層、又は第２の半導体材料が多結晶状態に成長した層、又は第２の半導体材料がアモルファス状態に成長した層から成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の電界効果型半導体装置。
【請求項７】
更に、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間に配置されたスペーサー層を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の電界効果型半導体装置。
【請求項８】
更に、前記第１の半導体層と前記連続的成長阻止層との間に配置されたスペーサー層を有していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の電界効果型半導体装置。
【請求項９】
第１の半導体材料から成る第１の半導体層の第１の部分と第２の部分との間の第３の部分の上に、第２の半導体材料が前記第１の半導体層の上に連続的に成長することを阻止する性質を有している連続的成長阻止層を形成する工程と、
前記第１の半導体層に２次元キャリアガス層を生じさせる性質を有する第２の半導体材料を、前記連続的成長阻止層を伴った前記第１の半導体層の上に成長させて前記第１の半導体層の前記第１及び第２の部分の上に第２の半導体層を得ると共に前記連続的成長阻止層の上に前記第１の半導体層に対して不連続であり且つノーマリ状態において前記第１の半導体層に電流通路として機能する２次元キャリアガス層を生じさせない性質を有している不連続成長層を得る工程と、
前記第１の半導体層の前記第１の部分と前記第２の半導体層との間に生じた２次元キャリアガス層に電気的に結合されたソース電極を形成する工程と、
前記第１の半導体層の前記第２の部分と前記第２の半導体層との間に生じた２次元キャリアガス層に電気的に結合されたドレイン電極を形成する工程と、
前記不連続成長層の上にゲート電極を形成する工程と
を備えていることを特徴とする電界効果型半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電子移動度トランジスタ即ちＨＥＭＴ( High Electron Mobility Transistor)又はこれに類似の電界効果型半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な従来のＨＥＭＴは、シリコン、サファイア等の基板の上にバッファ層を介して形成されたアンドープＧａＮから成る電子走行層と、ｎ型不純物がドープされた又はアンドープのＡｌＧａＮから成る電子供給層又はバリア層と、電子供給層の上に形成されたソース電極とドレイン電極とゲート電極（ショットキー電極）とを有している。ＡｌＧａＮから成る電子供給層のバンドギャプはＧａＮから成る電子走行層のバンドギャプよりも大きく、ＡｌＧａＮから成る電子供給層の格子定数はＧａＮから成る電子走行層の格子定数よりも小さい。電子走行層の上にこれよりも格子定数が小さい電子供給層を配置すると、電子供給層に伸張性歪み即ち引っ張り応力が生じ、ピエゾ分極する。ＡｌＧａＮから成る電子供給層は自発分極もするので、ピエゾ分極と自発分極とに基づく電界の作用で電子走行層のヘテロ接合面の近傍部分に周知の２次元電子ガス層即ち２ＤＥＧ層が生じる。２ＤＥＧ層は周知のようにドレイン電極とソース電極との間の電流通路（チャネル）として利用され、この電流通路を流れる電流はゲート電極に印加されるバイアス電圧で制御される。
【０００３】
ところで、一般的な構成のＨＥＭＴは、ゲート電極に電圧を印加しない状態（ノーマリ状態）でソース電極とドレイン電極との間に電流が流れる特性即ちノーマリオン特性を有する。ノーマリオン特性のＨＥＭＴをオフ状態に保つためにはゲート電極を負電位にするための負電源が必要になり、電気回路が必然的に高価になる。従って、従来のノーマリオン特性のＨＥＭＴの使い勝手は良くない。
【０００４】
そこで、ＡｌＧａＮから成る電子供給層を薄く形成することによってノーマリオフ特性、即ちゲート電極に電圧を印加しない状態（ノーマリ状態）でソース電極とドレイン電極との間に電流が流れない特性を得ることが試みられている。ＡｌＧａＮから成る電子供給層を薄く形成すると、電子供給層のピエゾ分極及び自発分極による電界が弱くなり、２ＤＥＧ層の電子濃度が減少する。電子濃度が低下した２ＤＥＧ層に対して電子供給層とここにショットキー接触しているゲート電極との間にビルトインポテンシャル（built−in potential）即ちバイアス電圧が無い状態での電位差に基づく電界が作用すると、ゲート電極の直下の２ＤＥＧ層が消失する。このため、ゲート電極にバイアス電圧を加えない状態においてドレイン・ソース間がオフ状態になる。
【０００５】
上述のように電子供給層を薄くすることによってノーマリオフのＨＥＭＴを提供することができる。しかし、電子供給層を薄くすると、ゲート電極の直下以外の２ＤＥＧ層においても電子濃度の低下が生じ、ドレイン・ソース間のオン抵抗が増大する。この問題を解決するために例えば特開２００５−１８３７３３号公報（特許文献１）に開示されているように電子供給層のゲート電極の下の部分に凹部（リセス）を形成し、電子供給層のゲート電極の下の部分のみを薄くしてノーマリオフ特性を得ることが知られている。しかし、この方法を採用して電子供給層をドライエッチングによって電子供給層を選択的に薄くする時に電子走行層及び電子供給層の半導体結晶にダメージが生じ、ＨＥＭＴの電気的特性が劣化する。また、選択的エッチングした時のエッチング深さのばらつきがＨＥＭＴの閾値電圧のばらつきとなるため、高い歩留りでＨＥＭＴを生産できないという問題がある。このため、現在、ノーマリオフのＨＥＭＴが実用化されていない。
【０００６】
ノーマリオフ特性を有するＨＥＭＴを得るための別な方法として、電子供給層（バリア層）のゲート電極の下の部分をイオン注入で高抵抗化することが特開平８−２６４７６０号公報（特許文献２）に開示されている。この構造では、ゲート電極の下において電子供給層が電子走行層にヘテロ接合しないので、ノーマリオフ特性が得られる。この構造のＨＥＭＴをオンにする時には、ゲート電極に電圧を印加し、電界効果によってゲート電極の下の電子走行層にチャネルを形成する。しかし、この方法で高抵抗化部分を均一且つ容易に形成することが困難である。
【特許文献１】特開２００５−１８３７３３号公報
【特許文献２】特開平８−２６４７６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明が解決しようとする課題は、ノーマリオフ特性を有し且つ特性のばらつきの少ないＨＥＭＴ又はこれに類似の電界効果型半導体装置が要求されていることであり、本発明の目的は上記要求に応えることができるＨＥＭＴ又はこれに類似の電界効果型半導体装置及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明は、
第１の半導体材料から成る第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の主面の第１の部分と第２の部分との間の第３の部分の上に形成され且つ第２の半導体材料が前記第１の半導体層の上に連続的に成長することを阻止する性質を有している連続的成長阻止層と、
前記第１の半導体層の主面の前記第１及び第２の部分の上に前記第２の半導体材料を連続的に成長させたものであって、前記第１の半導体層に２次元キャリアガス層を生じさせる性質を有している第２の半導体層と、
前記第２の半導体層の形成と同時に前記第２の半導体材料を前記連続的成長阻止層の上に成長させたものであって、ノーマリ状態において前記第１の半導体層に電流通路として機能する２次元キャリアガス層を生じさせない性質を有している不連続成長層と、
前記第１の半導体層の主面の前記第１の部分に沿って形成される２次元キャリアガス層に電気的に結合されたソース電極と、
前記第１の半導体層の主面の前記第２の部分に沿って形成される２次元キャリアガス層に電気的に結合されたドレイン電極と、
前記不連続成長層の上に配置されたゲート電極と
を備えていることを特徴とする電界効果型半導体装置に係わるものである。
【０００９】
なお、請求項２に示すように、前記第１の半導体材料は第１の窒化物半導体から成り、前記第２の半導体材料は前記第１の窒化物半導体よりも広いバンドギャップ有している第２の窒化物半導体から成ることが望ましい。
また、請求項３に示すように、前記第１の窒化物半導体は少なくともＧａ（ガリウム）とＮ（窒素）を含む窒化物半導体から成り、前記第２の窒化物半導体は少なくともＡｌ（アルミニウム）とＧａとＮ、又は少なくともＩｎ（インジウム）とＧａとＮとを含み且つ前記第１の窒化物半導体よりも広いバンドギャップ有している窒化物半導体から成ることが望ましい。
また、請求項４に示すように、前記連続的成長阻止層は、絶縁物又は多結晶材料又は半導体から成ることことが望ましい。
また、請求項５に示すように、前記連続的成長阻止層の前記絶縁物はシリコン酸化物又はシリコン窒化物又はアルミニウム酸化物であることが望ましい。
また、請求項６に示すように、前記不連続成長層は、前記第２の半導体材料が前記第１の半導体層に対してコヒーレント（ｃｏｈｅｒｅｎｔ）に成長していない層、又は第２の半導体材料が前記第１の半導体層に対して格子不整合に成長した層、又は第２の半導体材料が多結晶状態に成長した層、又は第２の半導体材料がアモルファス状態に成長した層から成ることが望ましい。
また、請求項７に示すように、更に、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間に配置されたスペーサー層を有することが望ましい。
また、請求項８に示すように、更に、前記第１の半導体層と前記連続的成長阻止層との間に配置されたスペーサー層を有していることが望ましい。
また、請求項９に示すように、電界効果型半導体装置を製造するために、第１の半導体材料から成る第１の半導体層の第１の部分と第２の部分との間の第３の部分の上に直接に又はスペーサー層を介して、第２の半導体材料が前記第１の半導体層の上に連続的に成長することを阻止する性質を有している連続的成長阻止層を形成する工程と、
前記第１の半導体層に２次元キャリアガス層を生じさせる性質を有する第２の半導体材料を、前記連続的成長阻止層を伴った前記第１の半導体層の上に直接に又はスペーサー層を介して成長させて前記第１の半導体層の前記第１及び第２の部分の上に第２の半導体層を得ると共に前記連続的成長阻止層の上に前記第１の半導体層に対して不連続であり且つノーマリ状態において前記第１の半導体層に電流通路として機能する２次元キャリアガス層を生じさせない性質を有している不連続成長層を得る工程と、
前記第１の半導体層の前記第１の部分と前記第２の半導体層との間に生じた２次元キャリアガス層に電気的に結合されたソース電極を形成する工程と、
前記第１の半導体層の前記第２の部分と前記第２の半導体層との間に生じた２次元キャリアガス層に電気的に結合されたドレイン電極を形成する工程と、
前記不連続成長層の上にゲート電極を形成する工程とを備えていることが望ましい。
なお、本願における前記連続的成長阻止層は、前記第１の半導体層又はスペーサー層の上に前記第２の半導体材料が前記第１の半導体層に対してコヒーレント（ｃｏｈｅｒｅｎｔ）に成長することを阻止する層、又は前記第１の半導体層又はスペーサー層の上に前記第２の半導体材料が格子整合状態に成長することを阻止する層、又は前記第１の半導体層又はスペーサー層の上に前記第２の半導体材料が単結晶状態又は結晶状態に成長することを阻止する層を意味している。
【発明の効果】
【００１０】
本願の各請求項の発明に従う電界効果型半導体装置は次の効果を有する。
（１）連続的成長阻止層及び不連続成長層は、第２の半導体層（例えば電子供給層）の分極（自発分極やピエゾ分極）による電界に相当するものを発生しないか、又は弱い電界を発生する。この結果、ノーマリ状態において第１の半導体層（例えば電子走行層）のゲート電極の下の部分に２次元キャリアガス層（例えば２ＤＥＧ層）が発生しないか、又は電流通路を形成することができるレベルに発生しなくなり、ノーマリオフ特性が得られる。従って、連続的成長阻止層及び不連続成長層を設けるという比較的簡単な方法でノーマリオフ特性を有する電界効果型半導体装置を提供することができる。
（２）本発明では連続的成長阻止層の厚みとこの上の不連続成長層の厚みとで電界効果型半導体装置の閾値電圧が決まるので、従来の第２の半導体層（例えば電子供給層）にリセスを形成してノーマリオフ特性を得る方法及び高抵抗化部分を形成してノーマリオフ特性を得る方法に比べて、閾値電圧の制御が容易であり、閾値電圧のばらつきを容易に小さくすることができる。
（３）第２の半導体層（例えば電子供給層）と不連続成長層とを含む半導体領域の主面の平坦性が良いので、従来の第２の半導体層（例えば電子供給層）にリセスを形成してノーマリオフ特性を得る方法に比べて、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極の微細加工を容易に行うことができる。
また、本発明の好ましい具体例に従って、連続的成長阻止層を絶縁物で形成すれば、ゲートリーク電流の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、図面を参照して本発明の実施形態に係わる電界効果型半導体装置を説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１に本発明の実施例１に従う電界効果型半導体装置（ＨＥＭＴ）が製造工程順に示されている。この実施例１に従う電界効果型半導体装置は典型的な従来のＨＥＭＴと異なる構造を有するが、基本構成は従来のＨＥＭＴと同一であるので、ＨＥＭＴと呼ぶことにする。
【００１３】
実施例１に従うＨＥＭＴを製造する時には、先ず図１（Ａ）に示す基板１を用意する。基板１は、一方の主面１ａとこれに対向する他方の主面１ｂとを有し、半導体材料をエピタキシャル成長させるための成長基板の機能と、これ等を機械的に支持するための支持基板の機能とを有する。本実施例では、コストの低減を図るために基板１がシリコンで形成されている。しかし、基板１をシリコン以外のシリコンカーバイト（ＳｉＣ）、ＧａＮ等の半導体、又はサファイア、セラミック等の絶縁体で形成することもできる。また、基板１に導電型決定不純物を添加して導電性を有する半導体基板とすることができる。
【００１４】
次に、基板１の一方の主面１ａ上に周知のＭＯＣＶＤ法等のエピタキシャル成長法でバッファ層２を形成する。図１では、図示を簡略化するためにバッファ層２が１つの層で示されているが、実際には複数の層で形成されている。即ち、このバッファ層２は、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）から成る第１のサブレイヤ−（第１の副層）とＧａＮ（窒化ガリウム）から成る第２のサブレイヤー（第２の副層）とが交互に積層された多層構造バッファである。このバッファ層２はＨＥＭＴの動作に直接に関係していないので、これを省くこともできる。また、バッファ層２の半導体材料をＡｌＮ、ＧａＮ以外の３−５族化合物半導体に置き換えること、又は単層構造のバッファ層にすることもできる。
【００１５】
次に、バッファ層２の上に周知のＭＯＣＶＤ法で第１の半導体材料をエピタキシャル成長させて第１の半導体層としての電子走行層３を例えば１〜５μｍの厚さに形成する。第１の半導体材料は、少なくともＧａとＮとを含む第１の窒化物半導体であることが望ましい。また、第１の窒化物半導体は、
ＡｌaＩｎbＧａ1-a-bＮ，
ここで、ａは０≦ａ＜１を満足する数値、ｂは０≦ｂ＜１を満足する数値、ａ＋ｂは零又は１よりも小さい値、で示すことができる窒化物半導体であることが望ましい。本実施例の電子走行層３は、アンドープＧａＮ（窒化ガリウム）から成る。なお、電子走行層３をＭＯＣＶＤ法以外のエピタキシャル成長方法で形成することもできる。
【００１６】
次に、電子走行層３の主面４の互いに離間する第１及び第２の部分４ａ，４ｂの間の第３の部分４ｃ上に連続的成長阻止層５を形成する。この連続的成長阻止層５は、電子走行層３の上に後述する電子供給層６を得るための第２の半導体材料が電子走行層３に対してコヒーレントに成長することを阻止する層、又は電子走行層３の上に第２の半導体材料が格子整合状態に成長することを阻止する層、又は電子走行層３の上に第２の半導体材料が単結晶状態に成長することを阻止する層である。この実施例では連続的成長阻止層５が、シリコン酸化物（ＳｉＯ2）から成る絶縁物で形成されている。しかし、連続的成長阻止層５を、ＳｉＯx（ｘは１〜２の数値）で示されるシリコン酸化物、又はＳｉ3Ｎ4、ＳｉＮx（ここで、ｘはＳｉに対するＮの割合を示す任意の数値）、ＳｉＮ及びＳｉ2Ｎ3等のシリコン窒化物（絶縁物）、又はＡｌＯｘ（ｘはＯの割合を示す任意の数値）等のアルミニウム酸化物（絶縁物）、又は低温のエピタキシャル成長過程で形成された多結晶ＡｌＮ（窒化物半導体）で形成することもできる。
連続的成長阻止層５は電子走行層３の主面３ａの全体に例えばＣＶＤによってシリコン酸化物（ＳｉＯ2）の膜を形成し、しかる後、ＧａＮとシリコン酸化物（ＳｉＯ2）との選択比が大きいフッ酸を使用して選択的にウェットエッチングすることによって得る。なお、ウェットエッチングによるＧａＮから成る電子走行層３の結晶劣化は、ドライエッチングによるＧａＮから成る電子走行層３の結晶劣化よりも大幅に小さい。このため、電子走行層３の結晶劣化を招かないか、又は結晶劣化が少ない状態で所望パターンの連続的成長阻止層５を得ることができる。
【００１７】
次に、電子走行層３の主面４の第１及び第２の部分４ａ，４ｂ及び連続的成長阻止層５の上に周知のＭＯＣＶＤ法で第２の半導体材料をエピタキシャル成長させ、第２の半導体層としての電子供給層６と不連続成長層７とを図１（Ｂ）に示すように得る。電子走行層３の上に周知のＭＯＣＶＤ法で第２の半導体材料を成長させると、電子走行層３の主面４の互いに離間する第１及び第２の部分４ａ，４ｂの上には比較的結晶性が良く且つ連続的に即ち格子整合状態に成長した第２の半導体層としての電子供給層６が得られ、連続的成長阻止層５の上にはノーマリ状態（ゲート電極に電圧を印加しない状態）において電子走行層３に電流通路として機能する２次元キャリアガス層（２次元電子ガス層）を生じさせない性質を有している不連続成長層７が得られる。この実施例の不連続成長層７は、第２の半導体材料がアモルファス状態に成長した半導体層である。しかし、不連続成長層７は、第２の半導体材料（例えばＡｌＧａＮ）が電子走行層３に対してコヒーレントに成長していない半導体層、又は第２の半導体材料が電子走行層３に対して格子不整合に成長した半導体層、又は第２の半導体材料が多結晶状態に成長した半導体層であっても良い。
第２の半導体材料から成る電子供給層６は、第１の半導体材料から成る電子走行層３よりも大きいバンドギャプを有し且つ電子走行層３よりも小さい格子定数を有する。従って、電子供給層６は自発分極する他にピエゾ分極もし、これ等の分極に基づく電界で電子走行層３の主面４の第１及び第２の部分４ａ、４ｂに沿って図１（Ｂ）において点線で示す２ＤＥＧ層８が生じる。しかし、電子走行層３の主面４の第３の部分４ｃ上には絶縁物から成る連続的成長阻止層５を介して不連続成長層７が配置されているので、第３の部分４ｃに沿って２ＤＥＧ層が生じないか、又は電流通路となり得る電子濃度を有するチャネルが生じない。
【００１８】
電子供給層６及び不連続成長層７は電子走行層３を形成している第１の半導体材料よりも大きいバンドギャプを有し且つ第１の半導体材料よりも小さい格子定数を有する第２の半導体材料の成長工程で同時に形成される。第２の半導体材料は、少なくともＡｌとＧａとＮとを含む第２の窒化物半導体材料であることが望まし。即ち、第２の半導体材料は、
ＡｌaＧａ1-aＮ， 
ここで、ａは０＜ａ＜１を満足し且つ前記第１の窒化物半導体材料を示す式におけるｘよりも大きい値であり、好ましくは０．２〜０．４、より好ましくは０．３、
で示される窒化物半導体、又は
ＡｌaＩｎbＧａ1-a-bＮ，
ここで、ａは０＜ａ＜１を満足し且つ前記第１の窒化物半導体材料を示す式におけるｘよりも大きい数値、ｂは０≦ｂ＜１を満足する数値、ａ＋ｂは零よりも大きく且つ１よりも小さい値、で示される窒化物半導体、又は
ＩｎbＧａ1-bＮ、
ここで、ｂは０＜ｂ＜１を満足する数値、
で示される窒化物半導体であることが望ましい。本実施例では第２の窒化物半導体としてＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎが使用されている。
なお、電子供給層６及び不連続成長層７を、アンドープの第２の窒化物半導体の成長で形成する代りに、ｎ型（第１導電型）の不純物を添加した第２の窒化物半導体、又は別の窒化物半導体、又は別の化合物半導体の成長で形成することもできる。電子供給層６及び不連続成長層７は同一の成長工程で形成されるために、電子走行層３の主面４の第１及び第２の部分４ａ、４ｂに対向する電子供給層６の第１及び第２の主面６ａ、６ｂと不連続成長層７の主面７ａとの間に段差が殆ど生じないようにすることができる。
【００１９】
次に、図１（Ｃ）に示すように電子供給層６の第１及び第２の主面６ａ、６ｂの上にソース電極９及びドレイン電極１０を形成し、不連続成長層７の主面７ａの上にゲート電極１１を形成する。ソース電極９、ドレイン電極１０及びゲート電極１１は、電子供給層６の第１及び第２の主面６ａ、６ｂと不連続成長層７の主面７ａとの全部に例えばチタン（Ｔｉ）を所望の厚み（例えば２５ｎｍ）に蒸着し、続いてアルミニウム（Ａｌ）を所望の厚み（例えば５００ｎｍ）に蒸着し、その後フォトリソグラフイ技術で所望のパターンにすることによってそれぞれ形成されている。この実施例のソース電極９及びドレイン電極１０及びゲート電極１１は、チタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）との積層体でそれぞれ形成されているが、これ以外の低抵抗性接触（オーミック接触）可能な金属で形成することもできる。また、ゲート電極１１を、アルミニウム（Ａｌ）のみで形成すること、又は導電性を有するポリシリコン等の半導体で形成することもできる。ソース電極９及びドレイン電極１０は極めて薄い電子供給層６を介して２ＤＥＧ層８に電気的に結合されている。
【００２０】
図１（Ｃ）に示すＨＥＭＴのゲート電極１１に電圧が印加されていない時（ノーマリ状態）には、電子走行層３の連続的成長阻止層５に沿った領域に２ＤＥＧ層が生じないか、又は電流通路となり得る電子濃度を有するチャネルが生じない。これにより、２ＤＥＧ層８はゲート電極１１の下で分断される。従って、たとえドレイン電極１０の電位がソース電極９の電位よりも高くても、ソース電極９とドレイン電極１０との間に電流が流れず、ソース電極９とドレイン電極１０との間は電気的にオフ状態に保たれ、ＨＥＭＴはノーマリオフ特性を示す。
【００２１】
ゲート電極１１とソース電極９との間に所定の閾値よりも高い電圧を印加すると、電子走行層３におけるゲート電極１１に対向している部分（電子走行層３の主面４の第３の部分４ｃの近傍）にチャネルが生じ、ソース電極９とドレイン電極１０との間がオン状態になる。従って、ドレイン電極１０の電位をソース電極９の電位よりも高くし、且つゲート電極１１に閾値よりも高い電圧を印加すると、電子がソース電極９、電子供給層６、２ＤＥＧ層８、電子供給層６、及びドレイン電極１０の経路で流れる。
【００２２】
図１の実施例１のＨＥＭＴは次の効果を有する。
（１）連続的成長阻止層５と不連続成長層７とは、電子供給層６の分極による電界に相当するものを発生しない。この結果、ノーマリ状態において電子走行層３におけるゲート電極１１の下の部分に２ＤＥＧ層が発生しない。従って、連続的成長阻止層５と不連続成長層７とを設けるという比較的簡単な方法でノーマリオフ特性を有するＨＥＭＴを提供することができる。
（２）実施例１では連続的成長阻止層５の厚みとこの上の不連続成長層７の厚みとでＨＥＭＴの閾値電圧が決まるので、従来の電子供給層にリセスを形成してノーマリオフ特性を得る方法及び高抵抗化部分を形成してノーマリオフ特性を得る方法に比べて、閾値電圧の制御が容易であり、閾値電圧のばらつきを容易に小さくすることができる。
（３）電子供給層６と不連続成長層７とを含む半導体領域の主面の平坦性が良いので、従来の電子供給層にリセスを形成してノーマリオフ特性を得る方法に比べて、ソース電極９とドレイン電極１０とゲート電極１１の微細加工を容易に行うことができる。
（４）連続的成長阻止層５は絶縁物であり、且つ不連続成長層７は電子供給層６よりも高い抵抗率を有するので、ゲートリーク電流の低減を図ることができる。
【実施例２】
【００２３】
次に、図２に示す実施例２に従うＨＥＭＴを説明する。但し、図２及び後述する図３において図１と実質的に同一の部分には同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図２の実施例２のＨＥＭＴは、変形された電子供給層６´を設け、且つスペーサー層２０を付加し、この他は図１（Ｃ）と同一に形成したものである。図２の電子供給層６´はｎ型不純物を含む第２の窒化物半導体材料から成る。第２の窒化物半導体材料は、  
ＡｌaＧａ1-aＮ， 
ここで、ａは０＜ａ＜１を満足し且つ前記第１の窒化物半導体材料を示す式におけるｘよりも大きい値であり、好ましくは０．２〜０．４、より好ましくは０．３、
で示される窒化物半導体、又は
ＡｌaＩｎbＧａ1-a-bＮ，
ここで、ａは０＜ａ＜１を満足し且つ前記第１の窒化物半導体材料を示す式におけるｘよりも大きい数値、ｂは０≦ｂ＜１を満足する数値、ａ＋ｂは零よりも大きく且つ１よりも小さい値、で示される窒化物半導体、又は
ＩｎbＧａ1-bＮ、
ここで、ｂは０＜ｂ＜１を満足する数値、
示される窒化物半導体であることが望ましく、この実施例ではＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎから成る。スペーサー層２０は電子供給層６´よりも薄い厚みを有して電子走行層３と電子供給層６との間に配置され、電子走行層３に対して連続し即ち格子整合し、電子供給層６はスペーサー層２０に対して連続し即ち格子整合している。このスペーサー層２０は、アンドープのＡｌaＩｎbＧａ1-a-bＮ、ここで、ａは０＜ａ≦１を満足し且つ前記第１の窒化物半導体材料を示す式におけるｘよりも大きい数値、ｂは０≦ｂ＜１を満足する数値、で示すことができる窒化物半導体、又はＩｎbＧａ1-bＮ、ここで、ｂは０＜ｂ＜１を満足する数値、で示される窒化物半導体であることが望ましく、この実施例ではAlNから成り、AlNを電子走行層３の上にエピタキシャル成長することによって形成されている。スペーサー層２０は連続的成長阻止層５の形成後に形成されているので、連続的成長阻止層５の上にAlNの不連続成長層（格子不整合層）２１が生じている。スペーサー層２０は、電子供給層６´の不純物又は元素が電子走行層３に拡散することを防ぎ、２ＤＥＧ層８における電子の移動度の低下を抑制する。図２のＨＥＭＴは図１（Ｃ）と同様な基本構成を有するので、図１の実施例と同様な効果を有する。
なお、スペーサー層２０が、ノーマリ状態において、これのみによって電子走行層３に電流通路として機能する２ＤＥＧ層を形成しない場合には、スペーサー層２０の上に連続的成長阻止層５を配置することができる。
【実施例３】
【００２４】
図３の実施例３のＨＥＭＴは、ソース電極９及びドレイン電極１０の下に配置されている電子供給層６及び電子走行層３に斜線を付して示すようにｎ型不純物注入領域３１，３２を設け、この他は図１（Ｃ）と同一に形成したものである。ｎ型不純物注入領域３１，３２はソース電極９及びドレイン電極１０のオーミック接触の抵抗を低減する。図３のＨＥＭＴは図１（Ｃ）と同様な基本構成を有するので、図１の実施例と同様な効果も有する。
なお、不連続成長層７にも導電型決定不純物を添加することもできる。
【実施例４】
【００２５】
図４の実施例４のＨＥＭＴは、電子走行層３と電子供給層６との間、及び    電子走行層３と連続的成長阻止層５との間にスペーサー層２０ａを配置し、この他は図１（Ｃ）と同一に形成したものである。図４のスペーサー層２０ａは電子供給層６と同一の第２の窒化物半導体、即ち、ＡｌaＧａ1-aＮ，又は  ＡｌaＩｎbＧａ1-a-bＮから成り、電子走行層３に連続に即ち格子整合状態に形成され、ノーマリ状態において、これのみでは電子走行層３に電流通路として機能する２ＤＥＧ層を形成できない極く薄い厚みを有する。スペーサー層２０ａは電子供給層６の形成と同様に第２の窒化物半導体を所定時間エピタキシャル成長させることによって得られる。連続的成長阻止層５を実施例１と同様に形成した後に再び第２の窒化物半導体をエピタキシャル成長させて電子供給層６を得る。従って、スペーサー層２０ａを電子供給層６の一部と見なすこともできる。スペーサー層２０ａはノーマリ状態において、これのみでは電子走行層３に電流通路として機能する２ＤＥＧ層を形成しないので、図４のＨＥＭＴは図１（Ｃ）のＨＥＭＴと同様な効果を有する。
【００２６】
本発明は、上述の実施例に限定されるものでなく、例えば、次の変形が可能なものである。
（１）  各実施例の電子供給層６，６´をｐ型半導体から成る正孔供給層に置き換えることができる。この場合には、２ＤＥＧ層８に対応する領域に２次元キャリアガス層として２次元正孔ガス層が生じる。
（２）実施例１、２、４において、電子供給層６のソース電極９及びドレイン電極１０の下の部分を除去し、ソース電極９及びドレイン電極１０を電子走行層３に直接に接続することができる。また、実施例１、２、４において、電子供給層６のソース電極９及びドレイン電極１０との間にオーミックコンタクト層を介在させることができる。
（３）周知のゲートフィールドプレート、ソースフィールドプレート、ドレインフィールドプレートの内の１つ又は複数を設けることができる。
（４）電子供給層６、６´の上に、表面電荷のコントロールのため等の目的で例えばアンドープＧａＮ又はＡｌＧａＮ等から成るキャップ層を設けることができる。
（５）図１〜図４にそれぞれ１つのソース電極９、ドレイン電極１０及びゲート電極１０が示されているが、１つの半導体チップ内にそれぞれ複数個設けることができる。
（６）各実施例では、連続的成長阻止層５及び不連続成長層７がゲート電極１１の全部（全面）に対向するように設けられているが、ゲート電極１１の一部に対向するように設けることもできる。
（７）不連続成長層７は、多結晶層又はアモルファス層であることが望ましいが、一部又は全部が単結晶であっても良い。この場合でも、不連続成長層７の下に連続的成長阻止層５が介在するので、連続的成長阻止層５と不連続成長層７との組み合わせ部分に所望の分極が生じず、ノーマリ状態において、電子走行層３における不連続成長層７の下の部分に電流通路として機能する２ＤＥＧ層が生じない。これにより、本発明の効果を得ることができる。
（８）図４の実施例４のスペーサー層２０ａは、電子供給層６と同一の第２の窒化物半導体からなるが、このスペーサー層２０ａを図２のスペーサー層２０と同様に電子供給層６と異なる半導体で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例１のＨＥＭＴを製造工程順に示す断面図である。
【図２】本発明の実施例２のＨＥＭＴを示す断面図である。
【図３】本発明の実施例３のＨＥＭＴを示す断面図である。
【図４】本発明の実施例４のＨＥＭＴを示す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  基板
２  バッファ層
３  電子走行層（第１の半導体層）
５  連続的成長阻止層
６  電子供給層（第２の半導体層）
７  不連続成長層
９  ソース電極
１０  ドレイン電極
１１  ゲート電極
【図１】
2008306130.tif 000003
【図２】
2008306130.tif 000004
【図３】
2008306130.tif 000005
【図４】
2008306130.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成20年8月6日(2008.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
そこで、ＡｌＧａＮから成る電子供給層を薄く形成することによってノーマリオフ特性、即ちゲート電極に電圧を印加しない状態（ノーマリ状態）でソース電極とドレイン電極との間に電流が流れない特性を得ることが試みられている。ＡｌＧａＮから成る電子供給層を薄く形成すると、電子供給層のピエゾ分極及び自発分極による電界が弱くなり、２ＤＥＧ層の電子濃度が減少する。電子濃度が低下した２ＤＥＧ層に対して電子供給層とここにショットキー接触しているゲート電極との間のビルトインポテンシャル（built−in potential）即ちバイアス電圧が無い状態での電位差に基づく電界が作用すると、ゲート電極の直下の２ＤＥＧ層が消失する。このため、ゲート電極にバイアス電圧を加えない状態においてドレイン・ソース間がオフ状態になる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
電子供給層６及び不連続成長層７は電子走行層３を形成している第１の半導体材料よりも大きいバンドギャプを有し且つ第１の半導体材料よりも小さい格子定数を有する第２の半導体材料の成長工程で同時に形成される。第２の半導体材料は、少なくともＡｌとＧａとＮとを含む第２の窒化物半導体材料であることが望ましい。即ち、第２の半導体材料は、
ＡｌaＧａ1-aＮ， 
ここで、ａは０＜ａ＜１を満足し且つ前記第１の窒化物半導体材料を示す式におけるａよりも大きい値であり、好ましくは０．２〜０．４、より好ましくは０．３、
で示される窒化物半導体、又は
ＡｌaＩｎbＧａ1-a-bＮ，
ここで、ａは０＜ａ＜１を満足し且つ前記第１の窒化物半導体材料を示す式におけるａよりも大きい数値、ｂは０≦ｂ＜１を満足する数値、ａ＋ｂは零よりも大きく且つ１よりも小さい値、で示される窒化物半導体、又は
ＩｎbＧａ1-bＮ、
ここで、ｂは０＜ｂ＜１を満足する数値、
で示される窒化物半導体であることが望ましい。本実施例では第２の窒化物半導体としてＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎが使用されている。
なお、電子供給層６及び不連続成長層７を、アンドープの第２の窒化物半導体の成長で形成する代りに、ｎ型（第１導電型）の不純物を添加した第２の窒化物半導体、又は別の窒化物半導体、又は別の化合物半導体の成長で形成することもできる。電子供給層６及び不連続成長層７は同一の成長工程で形成されるために、電子走行層３の主面４の第１及び第２の部分４ａ、４ｂに対向する電子供給層６の第１及び第２の主面６ａ、６ｂと不連続成長層７の主面７ａとの間に段差が殆ど生じないようにすることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
次に、図２に示す実施例２に従うＨＥＭＴを説明する。但し、図２及び後述する図３において図１と実質的に同一の部分には同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図２の実施例２のＨＥＭＴは、変形された電子供給層６´を設け、且つスペーサー層２０を付加し、この他は図１（Ｃ）と同一に形成したものである。図２の電子供給層６´はｎ型不純物を含む第２の窒化物半導体材料から成る。第２の窒化物半導体材料は、  
ＡｌaＧａ1-aＮ， 
ここで、ａは０＜ａ＜１を満足し且つ前記第１の窒化物半導体材料を示す式におけるａよりも大きい値であり、好ましくは０．２〜０．４、より好ましくは０．３、で示される窒化物半導体、又は
ＡｌaＩｎbＧａ1-a-bＮ，
ここで、ａは０＜ａ＜１を満足し且つ前記第１の窒化物半導体材料を示す式におけるａよりも大きい数値、ｂは０≦ｂ＜１を満足する数値、ａ＋ｂは零よりも大きく且つ１よりも小さい値、で示される窒化物半導体、又は
ＩｎbＧａ1-bＮ、
ここで、ｂは０＜ｂ＜１を満足する数値、
示される窒化物半導体であることが望ましく、この実施例ではＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎから成る。スペーサー層２０は電子供給層６´よりも薄い厚みを有して電子走行層３と電子供給層６との間に配置され、電子走行層３に対して連続し即ち格子整合し、電子供給層６はスペーサー層２０に対して連続し即ち格子整合している。このスペーサー層２０は、アンドープのＡｌaＩｎbＧａ1-a-bＮ、ここで、ａは０＜ａ≦１を満足し且つ前記第１の窒化物半導体材料を示す式におけるａよりも大きい数値、ｂは０≦ｂ＜１を満足する数値、で示すことができる窒化物半導体、又はＩｎbＧａ1-bＮ、ここで、ｂは０＜ｂ＜１を満足する数値、で示される窒化物半導体であることが望ましく、この実施例ではAlNから成り、AlNを電子走行層３の上にエピタキシャル成長することによって形成されている。スペーサー層２０は連続的成長阻止層５の形成後に形成されているので、連続的成長阻止層５の上にAlNの不連続成長層（格子不整合層）２１が生じている。スペーサー層２０は、電子供給層６´の不純物又は元素が電子走行層３に拡散することを防ぎ、２ＤＥＧ層８における電子の移動度の低下を抑制する。図２のＨＥＭＴは図１（Ｃ）と同様な基本構成を有するので、図１の実施例と同様な効果を有する。
なお、スペーサー層２０が、ノーマリ状態において、これのみによって電子走行層３に電流通路として機能する２ＤＥＧ層を形成しない場合には、スペーサー層２０の上に連続的成長阻止層５を配置することができる。