(57)【要約】      （修正有）【課題】耐圧を高めた窒化物半導体素子及び製造方法を提供する。【解決手段】第１の窒化物層３１と該第１の窒化物層３１の材料より広いエネルギバンドギャップを有する材料を含む第２の窒化物層３３とが異種接合され、該接合界面寄りに２次元電子ガス（２ＤＥＧ）チャネルが形成された窒化物半導体層３０と、窒化物半導体層３０上にオーミック接触されるソース電極５０とドレイン電極６０と、ソース電極５０とドレイン電極６０との間の窒化物半導体層３０上に形成され、ソース電極５０から所定距離だけ離間された第１の側壁からドレイン側へ長く形成された多数のＰ型窒化物半導体セグメント８０と、ソース電極５０とドレイン電極６０との間でソース電極５０に近く形成され、多数のＰ型窒化物半導体セグメント８０間の窒化物半導体層３０上及びＰ型窒化物半導体セグメント８０上に接触されるゲート電極７０とを含む。【選択図】図１ａ
2013080895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の窒化物層と該第１の窒化物層の材料より広いエネルギバンドギャップを有する材料を含む第２の窒化物層とが異種接合され、該接合界面寄りに２次元電子ガス（２ＤＥＧ）チャネルが形成された窒化物半導体層と、
前記窒化物半導体層上にオーミック接触されるソース電極と、
前記ソース電極から離間して前記窒化物半導体層上にオーミック接触されるドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記窒化物半導体層上に形成され、前記ソース電極から所定距離だけ離間された第１の側壁からドレイン側へ長く形成された多数のＰ型窒化物半導体セグメントと、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間で前記ソース電極に近く形成され、前記多数のＰ型窒化物半導体セグメント間の前記窒化物半導体層上及び前記Ｐ型窒化物半導体セグメントの第１の側壁と整列されるソース側の側壁方向に延在する前記Ｐ型窒化物半導体セグメント上に接触されるゲート電極
とを含む窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記Ｐ型窒化物半導体セグメントの第１の側壁は、前記ゲート電極の前記ソース側の側壁と一致するように整列されるか、または前記ソース側の側壁に至らないように整列される請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記Ｐ型窒化物半導体セグメントのドレイン側の第２の側壁は、前記ドレイン電極から所定距離だけ離間されるか、または前記ドレイン電極と接触される請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記第１の窒化物層の材料はＧａＮで、
前記第２の窒化物層の材料は、ＡｌＧａＮである請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記Ｐ型窒化物半導体セグメントは、前記第１の窒化物層の材料がＰ型でドープされたＰ型半導体材料から成る請求項１〜４のうちのいずれか一つに記載の窒化物半導体素子。
【請求項６】
第１の窒化物層と該第１の窒化物層の材料より広いエネルギバンドギャップを有する材料を含む第２の窒化物層とが異種接合され、該接合界面寄りに２次元電子ガス（２ＤＥＧ）チャネルが形成された窒化物半導体層と、
前記窒化物半導体層上にオーミック接触されるソース電極と、
前記ソース電極から離間して前記窒化物半導体層上にオーミック接触されるドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記窒化物半導体層上に形成され、前記ソース電極から所定距離だけ離間された第１の側壁からドレイン側へ長く形成された多数のＰ型窒化物半導体セグメントと、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記窒化物半導体層上で前記ソース電極に近く形成され、前記ドレイン側の側壁が前記Ｐ型窒化物半導体セグメントの第１の側壁と接触されるゲート電極
とを含む窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記Ｐ型窒化物半導体セグメントのドレイン側の第２の側壁は、前記ドレイン電極から所定距離だけ離間されるか、または前記ドレイン電極と接触される請求項６に記載の窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記第１の窒化物層の材料はＧａＮで、
前記第２の窒化物層の材料は、ＡｌＧａＮである請求項６に記載の窒化物半導体素子。
【請求項９】
前記Ｐ型窒化物半導体セグメントは、前記第１の窒化物層の材料がＰ型でドープされたＰ型半導体材料から成る請求項６〜８のうちのいずれか一つに記載の窒化物半導体素子。
【請求項１０】
第１の窒化物層と該第１の窒化物層の材料より広いエネルギバンドギャップを有する材料を含む第２の窒化物層とが異種接合され、該接合界面寄りに２次元電子ガス（２ＤＥＧ）チャネルが形成される窒化物半導体層と、
前記窒化物半導体層上にオーミック接触されるソース電極と、
前記ソース電極から離間して前記窒化物半導体層上にオーミック接触されるドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記窒化物半導体層上に形成され、前記ソース電極から所定距離だけ離間され前記ソース電極に並行して配設された幹部と該幹部からドレイン側へ長く形成された多数の枝セグメントとを含むＰ型窒化物半導体構造物と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間で前記ソース電極に近く形成され、前記窒化物半導体層上及び前記幹部のソース側の第１の側壁と整列されるソース側の側壁に至らない前記Ｐ型窒化物半導体構造物の幹部上に接触されるゲート電極
とを含む窒化物半導体素子。
【請求項１１】
前記Ｐ型窒化物半導体構造物の枝セグメントのドレイン側の第２の側壁は、前記ドレイン電極から所定距離だけ離間されるか前記ドレイン電極と接触される請求項１０に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１２】
前記第１の窒化物ガリウム系列材料はＧａＮで、
前記第２の窒化物ガリウム系列材料は、ＡｌＧａＮである請求項１０に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１３】
前記Ｐ型窒化物半導体セグメントは、前記第１の窒化物層の材料がＰ型でドープされたＰ型半導体材料から成る請求項１０〜１２のうちのいずれか一つに記載の窒化物半導体素子。
【請求項１４】
第１の窒化物層と該第１の窒化物層の材料より広いエネルギバンドギャップを有する材料を含む第２の窒化物層とを異種接合させ、該接合界面寄りに２次元電子ガス（２ＤＥＧ）チャネルが形成される異種接合窒化物半導体層を形成するステップと、
ソース電極と該ソース電極から離間したドレイン電極とを前記窒化物半導体層上にオーミック接触させて形成し、前記窒化物半導体層上に多数のＰ型窒化物半導体セグメントを形成し、前記Ｐ型窒化物半導体セグメントの各々は、前記ソース電極とドレイン電極との間に配設され、前記ソース電極から所定距離だけ離間された第１の側壁からドレイン側へ長く形成されるようにして、ソース電極、前記ドレイン電極及び前記Ｐ型窒化物半導体セグメントを形成するステップと、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間で前記ソース電極に近く配設され、前記多数のＰ型窒化物半導体セグメント間の前記窒化物半導体層上及び前記Ｐ型窒化物半導体セグメントの第１の側壁と整列されるソース側の側壁方向に延在する前記Ｐ型窒化物半導体セグメント上に接触されるゲート電極を形成するステップ
とを含む窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１５】
前記ゲート電極を形成するステップにて、
前記ゲート電極のソース側の側壁は、前記Ｐ型窒化物半導体セグメントの第１の側壁と一致して整列されるように前記ゲート電極を形成するか、前記Ｐ型窒化物半導体セグメントの第１の側壁が前記ゲート電極のソース側の側壁に至ることなく整列されるように前記ゲート電極を形成する請求項１４に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
前記Ｐ型窒化物半導体セグメントのドレイン側の第２の側壁は、前記ドレイン電極から所定距離だけ離間されるか前記ドレイン電極と接触されるように前記Ｐ型窒化物半導体セグメントを形成する請求項１４に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
前記第１の窒化物層の材料はＧａＮで、前記第２の窒化物層の材料はＡｌＧａＮであり、
Ｐ−ＧａＮを用いて前記Ｐ型窒化物半導体セグメントを形成する請求項１４〜１６のうちのいずれか一つに記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１８】
第１の窒化物層と該第１の窒化物層の材料より広いエネルギバンドギャップを有する材料を含む第２の窒化物層とを異種接合させ、該接合界面寄りに２次元電子ガス（２ＤＥＧ）チャネルが形成される異種接合窒化物半導体層を形成するステップと、
ソース電極と該ソース電極から離間したドレイン電極とを前記窒化物半導体層上にオーミック接触させて形成し、前記窒化物半導体層上に多数のＰ型窒化物半導体セグメントを形成し、前記Ｐ型窒化物半導体セグメントの各々は、前記ソース電極とドレイン電極との間に配設され、前記ソース電極から所定距離だけ離間された第１の側壁からドレイン側へ長く形成されるようにして、前記ソース電極、前記ドレイン電極及び前記Ｐ型窒化物半導体セグメントを形成するステップと、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記窒化物半導体層上で前記ソース電極に近く配設され、ドレイン側の側壁が前記Ｐ型窒化物半導体セグメントの第１の側壁と接触されるゲート電極を形成するステップ
とを含む窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１９】
前記Ｐ型窒化物半導体セグメントのドレイン側の第２の側壁は、前記ドレイン電極から所定距離だけ離間されるか前記ドレイン電極と接触されるように前記Ｐ型窒化物半導体セグメントを形成する請求項１８に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２０】
前記第１の窒化物層の材料はＧａＮで、前記第２の窒化物層の材料はＡｌＧａＮであり、
Ｐ−ＧａＮを用いて前記Ｐ型窒化物半導体セグメントを形成する請求項１８または１９に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２１】
第１の窒化物層と該第１の窒化物層の材料より広いエネルギバンドギャップを有する材料を含む第２の窒化物層とを異種接合させ、該接合界面寄りに２次元電子ガス（２ＤＥＧ）チャネルが形成される異種接合窒化物半導体層を形成するステップと、
ソース電極と該ソース電極から離間したドレイン電極とを前記窒化物半導体層上にオーミック接触させて形成し、前記窒化物半導体層上に幹部と該幹部から形成された多数の枝セグメントとを含むＰ型窒化物半導体構造物を形成し、前記Ｐ型窒化物半導体構造物は、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に配設され、前記幹部は、前記ソース電極から所定距離だけ離間され前記ソース電極に並行して配設され、前記枝セグメントの各々は、ドレイン側に長く形成されるようにして、前記ソース電極、前記ドレイン電極及び前記Ｐ型窒化物半導体構造物を形成するステップと、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間で前記ソース電極に近く配設され、前記窒化物半導体層上及び前記幹部のソース側の第１の側壁と整列されるソース側の側壁に至らない前記Ｐ型窒化物半導体構造物の幹部上に接触されるゲート電極を形成するステップ
とを含む窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２２】
前記Ｐ型窒化物半導体構造物の枝セグメントのドレイン側の第２の側壁は、前記ドレイン電極から所定距離だけ離間されるか前記ドレイン電極と接触される請求項２１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項２３】
前記第１の窒化物層の材料はＧａＮで、前記第２の窒化物層の材料はＡｌＧａＮであり、
Ｐ−ＧａＮを用いて前記Ｐ型窒化物半導体構造物を形成する請求項２１または２２に記載の窒化物半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体素子及びその製造方法に関し、特に、窒化物半導体層構造上にＰ型窒化物半導体層が部分的に形成された窒化物半導体素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
グリーンエネルギ政策などに伴って、電力消費の節減への関心が増加している。このために、電力変換効率の上昇は必須な要素である。電力変換において、パワースイッチング素子の効率は、全電力変換効率を左右する。
【０００３】
現在、通常利用される電力素子は、シリコンを用いるパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴが大部分であるが、シリコンの材料的な限界によって、素子の効率増加に限界があることがある。これを解決するために、窒化ガリウム（Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｎｉｔｒｉｄｅ：ＧａＮ）のような窒化物半導体を用いるトランジスタを製作して、変換効率を高めようとする特許が出願されている。
【０００４】
しかし、現在までは、同種（ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ）ＧａＮ基板の場合、製作が非常に難しく、大部分の場合、シリコン（Ｓｉ）、サファイヤ（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）などの基板に異種成長をしてＧａＮ膜を製作していて、高品質のＧａＮ基板を得るのに困難さがある。そのため、現在までは、電気的特性が理論値に応じないため、設計的に耐圧を高めようとする研究が進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２２５７６５号公報
【特許文献２】韓国公開特許第１０−２００４−００１３１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の窒化物半導体、例えばＧａＮ  ＨＦＥＴは、ターンオフ時にもチャネル抵抗が非常に低く、ゲート電極端に電圧が集中して高耐圧を具現するのが難しいという不都合がある。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みて成されたものであって、その目的は、窒化物半導体層構造上にＰ型窒化物半導体層を部分的に形成し、ターンオフ時にチャネルの２ＤＥＧを空乏（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）させて耐圧を高める半導体素子及び製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を解決するために、本発明の第１の実施形態によれば、第１の窒化物層と該第１の窒化物層の材料より広いエネルギバンドギャップを有する材料を含む第２の窒化物層とが異種接合され、該接合界面寄りに２次元電子ガス（２ＤＥＧ）チャネルが形成された窒化物半導体層と、前記窒化物半導体層上にオーミック接触されるソース電極と、前記ソース電極から離間して窒化物半導体層上にオーミック接触されるドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記窒化物半導体層上に形成され、前記ソース電極から所定の距離だけ離間された第１の側壁からドレイン側へ長く形成された多数のＰ型窒化物半導体セグメントと、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間で該ソース電極に近く形成され、前記多数のＰ型窒化物半導体セグメント間の窒化物半導体層上及び該Ｐ型窒化物半導体セグメントの第１の側壁と整列されるソース側の側壁方向に延在するＰ型窒化物半導体セグメント上に接触されるゲート電極と、を含む窒化物半導体素子が提供される。
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体セグメントの第１の側壁は、ゲート電極のソース側の側壁と一致するように整列されるかまたは該ソース側の側壁に至らないように整列される。
【００１０】
また、一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体セグメントのドレイン側の第２の側壁は、該ドレイン電極から所定距離だけ離間されるかまたは該ドレイン電極と接触される。
【００１１】
また、一実施形態によれば、第１の窒化物層の材料はＧａＮで、第２の窒化物層の材料はＡｌＧａＮである。
【００１２】
また、本発明の一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体セグメントは、第１の窒化物層の材料がＰ型でドープされたＰ型半導体材料からなる。
【００１３】
また、上記目的を解決するために、本発明の第２の実施形態によれば、第１の窒化物層と該第１の窒化物層の材料より広いエネルギバンドギャップを有する材料を含む第２の窒化物層とが異種接合され、該接合界面寄りに２次元電子ガス（２ＤＥＧ）チャネルが形成された窒化物半導体層と、前記窒化物半導体層上にオーミック接触されるソース電極と、前記ソース電極から離間して窒化物半導体層上にオーミック接触されるドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の窒化物半導体層上に形成され、前記ソース電極から所定の距離だけ離間された第１の側壁からドレイン側へ長く形成された多数のＰ型窒化物半導体セグメントと、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の窒化物半導体層上でソース電極に近く形成され、前記ドレイン側の側壁がＰ型窒化物半導体セグメントの第１の側壁と接触されるゲート電極と、を含む窒化物半導体素子が提供される。
【００１４】
本発明の一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体セグメントのドレイン側の第２の側壁は、該ドレイン電極から所定距離だけ離間されるかまたは該ドレイン電極と接触される。
【００１５】
また、一実施形態によれば、第１の窒化物層の材料はＧａＮで、第２の窒化物層の材料は、ＡｌＧａＮである。
【００１６】
また、一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体セグメントは、第１の窒化物層の材料がＰ型でドープされたＰ型半導体材料からなる。
【００１７】
また、上記目的を解決するために、本発明の第３の実施形態によれば、第１の窒化物層と該第１の窒化物層の材料より広いエネルギバンドギャップを有する材料を含む第２の窒化物層とが異種接合され、該接合界面寄りに２次元電子ガス（２ＤＥＧ）チャネルが形成される窒化物半導体層と、前記窒化物半導体層上にオーミック接触されるソース電極と、前記ソース電極から離間して窒化物半導体層上にオーミック接触されるドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の窒化物半導体層上に形成され、前記ソース電極から所定距離だけ離間され前記ソース電極に並行して配設された幹部と該幹部からドレイン側へ長く形成された多数の枝セグメントとを含むＰ型窒化物半導体構造物と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間で該ソース電極に近く形成され、窒化物半導体層上と前記幹部のソース側の第１の側壁と整列されるソース側の側壁に至らないＰ型窒化物半導体構造物の幹部上とに接触されるゲート電極と、を含む窒化物半導体素子が提供される。
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体構造物の枝セグメントのドレイン側の第２の側壁は、該ドレイン電極から所定距離だけ離間されるかまたは該ドレイン電極と接触される。
【００１９】
また、一実施形態によれば、第１の窒化物層の材料はＧａＮで、第２の窒化物層の材料は、ＡｌＧａＮである。
【００２０】
また、一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体構造物は、第１の窒化物層の材料がＰ型でドープされたＰ型半導体材料からなる。
【００２１】
また、上記目的を解決するために、本発明の第４の実施形態によれば、第１の窒化物層と該第１の窒化物層の材料より広いエネルギバンドギャップを有する材料を含む第２の窒化物層とを異種接合させ、接合界面寄りに２次元電子ガス（２ＤＥＧ）チャネルが形成される異種接合窒化物半導体層を形成するステップと、ソース電極及び該ソース電極から離間されたドレイン電極を窒化物半導体層上にオーミック接触させて形成し、窒化物半導体層上に多数のＰ型窒化物半導体セグメントを形成し、Ｐ型窒化物半導体セグメントの各々は、ソース電極とドレイン電極との間に配設され、ソース電極から所定距離だけ離間された第１の側壁からドレイン側へ長く形成されるようにして、ソース電極、ドレイン電極及びＰ型窒化物半導体セグメントを形成するステップと、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間で該ソース電極に近く配設されるように、多数のＰ型窒化物半導体セグメント間の窒化物半導体層上、及びＰ型窒化物半導体セグメントの第１の側壁と整列されるソース側の側壁方向に延在するＰ型窒化物半導体セグメント上に接触されるゲート電極を形成するステップと、を含む窒化物半導体素子の製造方法が提供される。
【００２２】
一実施形態によれば、前記ゲート電極を形成するステップにて、前記ゲート電極のソース側の側壁は、Ｐ型窒化物半導体セグメントの第１の側壁と一致して整列されるように前記ゲート電極を形成するか、Ｐ型窒化物半導体セグメントの第１の側壁がゲート電極のソース側の側壁に至ることなく整列されるように前記ゲート電極を形成する。
【００２３】
また、一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体セグメントのドレイン側の第２の側壁は、該ドレイン電極から所定距離だけ離間されるかまたは該ドレイン電極と接触されるようにＰ型窒化物半導体セグメントを配設する。
【００２４】
また、一実施形態によれば、第１の窒化物層の材料はＧａＮで、第２の窒化物層の材料はＡｌＧａＮであり、Ｐ−ＧａＮを用いてＰ型窒化物半導体セグメントを形成する。
【００２５】
また、上記目的を解決するために、本発明の第５の実施形態によれば、第１の窒化物層と該第１の窒化物層の材料より広いエネルギバンドギャップを有する材料を含む第２の窒化物層とを異種接合させ、接合界面寄りに２次元電子ガス（２ＤＥＧ）チャネルが形成される異種接合窒化物半導体層を形成するステップと、ソース電極及び該ソース電極から離間されたドレイン電極を窒化物半導体層上にオーミック接触させて形成し、窒化物半導体層上に多数のＰ型窒化物半導体セグメントを形成し、Ｐ型窒化物半導体セグメントの各々は、ソース電極とドレイン電極との間に配設され、ソース電極から所定距離だけ離間された第１の側壁からドレイン側へ長く形成されるようにして、ソース電極、ドレイン電極及びＰ型窒化物半導体セグメントを形成するステップと、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の窒化物半導体層上でソース電極に近く配設され、ドレイン側の側壁がＰ型窒化物半導体セグメントの第１の側壁と接触されるゲート電極を形成するステップと、を含む窒化物半導体素子の製造方法が提供される。
【００２６】
また、一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体セグメントのドレイン側の第２の側壁は、該ドレイン電極から所定距離だけ離間されるかまたは該ドレイン電極と接触されるようにＰ型窒化物半導体セグメントを配設する。
【００２７】
また、一実施形態によれば、第１の窒化物層の材料はＧａＮで、第２の窒化物層の材料はＡｌＧａＮであり、Ｐ−ＧａＮを用いてＰ型窒化物半導体セグメントを形成する。
【００２８】
また、上記目的を解決するために、本発明の第６の実施形態によれば、第１の窒化物層と該第１の窒化物層の材料より広いエネルギバンドギャップを有する材料を含む第２の窒化物層とを異種接合させ、接合界面寄りに２次元電子ガス（２ＤＥＧ）チャネルが形成される異種接合窒化物半導体層を形成するステップと、ソース電極及び該ソース電極から離間されたドレイン電極を窒化物半導体層上にオーミック接触させて形成し、窒化物半導体層上に幹部と該幹部から形成された多数の枝セグメントとを含むＰ型窒化物半導体構造物を形成し、Ｐ型窒化物半導体構造物は、ソース電極とドレイン電極との間に配設され、幹部は、ソース電極から所定距離だけ離間されソース電極に並行して配設されるようにし、枝セグメントの各々は、ドレイン側に長く形成されるようにして、ソース電極、ドレイン電極及びＰ型窒化物半導体構造物を形成するステップと、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間で該ソース電極に近く配設されるように、窒化物半導体層上及び幹部のソース側の第１の側壁と整列されるソース側の側壁に至らないＰ型窒化物半導体構造物の幹部上に接触されるゲート電極を形成するステップと、を含む窒化物半導体素子の製造方法が提供される。
【００２９】
一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体構造物の枝セグメントのドレイン側の第２の側壁は、該ドレイン電極から所定距離だけ離間されるかまたは該ドレイン電極と接触される。
【００３０】
また、一実施形態によれば、第１の窒化物層の材料はＧａＮで、第２の窒化物層の材料はＡｌＧａＮであり、Ｐ−ＧａＮを用いてＰ型窒化物半導体構造物を形成する。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、窒化物半導体層構造上にＰ型窒化物半導体層を部分的に形成し、ターンオフ時にチャネルの２ＤＥＧを空乏させて耐圧を高めることができるという効果が奏する。
【００３２】
また、本発明によれば、窒化物高電子移動度トランジスタ（ＨＦＥＴ）は、既存の窒化物半導体形態より高い耐圧を具現することができるという効果が奏する。
【００３３】
また、ゲート／ドレイン間の距離を狭めて低いオン抵抗も具現することができるという効果が奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１ａ】本発明の一実施形態による窒化物半導体素子の概略的な斜視図である。
【図１ｂ】本発明の一実施形態による窒化物半導体素子の概略的な斜視図である。
【図２】図１ａ中のＩ−Ｉ′線に沿った概略的な断面図である。
【図３ａ】図１ａに示す窒化物半導体素子の製造方法を概略的に示す断面図である。
【図３ｂ】図１ａに示す窒化物半導体素子の製造方法を概略的に示す断面図である。
【図３ｃ】図１ａに示す窒化物半導体素子の製造方法を概略的に示す断面図である。
【図３ｄ】図１ａに示す窒化物半導体素子の製造方法を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態による窒化物半導体素子の概略的な斜視図である。
【図５ａ】図４に示す窒化物半導体素子の製造方法を概略的に示す断面図である。
【図５ｂ】図４に示す窒化物半導体素子の製造方法を概略的に示す断面図である。
【図５ｃ】図４に示す窒化物半導体素子の製造方法を概略的に示す断面図である。
【図５ｄ】図４に示す窒化物半導体素子の製造方法を概略的に示す断面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態による窒化物半導体素子の概略的な斜視図である。
【図７】図６中のＩＩ−ＩＩ′線に沿った概略的な断面図である。
【図８ａ】図６に示す窒化物半導体素子の製造方法を概略的に示す断面図である。
【図８ｂ】図６に示す窒化物半導体素子の製造方法を概略的に示す断面図である。
【図８ｃ】図６に示す窒化物半導体素子の製造方法を概略的に示す斜視図である。
【図８ｄ】図６に示す窒化物半導体素子の製造方法を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の好適な実施の形態は図面を参考にして詳細に説明する。次に示される各実施の形態は当業者にとって本発明の思想が十分に伝達されることができるようにするために例として挙げられるものである。従って、本発明は以下示している各実施の形態に限定されることなく他の形態で具体化されることができる。そして、図面において、装置の大きさ及び厚さなどは便宜上誇張して表現されることができる。明細書全体に渡って同一の参照符号は同一の構成要素を示している。
【００３６】
本明細書で使われた用語は、実施形態を説明するためのものであって、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は文句で特別に言及しない限り複数形も含む。明細書で使われる「含む」とは、言及された構成要素、ステップ、動作及び／又は素子は、一つ以上の他の構成要素、ステップ、動作及び／又は素子の存在または追加を排除しないことに理解されたい。
【００３７】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による窒化物半導体素子及び製造方法について詳記する。
【００３８】
図１ａ及び図１ｂは、本発明の一実施形態による窒化物半導体素子の概略的な斜視図で、図２は、図１ａのＩ−Ｉ′線に沿った概略的な断面図で、図３ａ〜図３ｄは、図１ａに示す窒化物半導体素子の製造方法を概略的に示す断面図である。図４は、本発明の他の実施形態による窒化物半導体素子の概略的な斜視図で、図５ａ〜図５ｄは、図４に示す窒化物半導体素子の製造方法を概略的に示す断面図である。図６は、本発明のさらに他の実施形態による窒化物半導体素子の概略的な斜視図で、図７は、図６のＩＩ−ＩＩ′線に沿った概略的な断面図で、図８ａ〜図８ｄは、図６に示す窒化物半導体素子の製造方法を概略的に示す断面図または斜視図である。
【００３９】
図１ａ及び図１ｂに示すように、本発明の第１の実施形態による窒化物半導体素子は、窒化物半導体層３０、ソース電極５０、ドレイン電極６０、多数のＰ型窒化物半導体セグメント８０及びゲート電極７０を含む。例えば、窒化物半導体素子は、２ＤＥＧを有する水平型窒化物ＨＦＥＴである。
【００４０】
図１ａ及び図１ｂに示すように、窒化物半導体層３０は、第１の窒化物層３１と該第１の窒化物層３１の材料より広いエネルギバンドギャップを有する材料を含む第２の窒化物層３３とが異種接合されている。窒化物半導体層３０の接合界面寄りに、２次元電子ガス（２ＤＥＧ）チャネル３５が形成される。窒化物半導体層３０は、異種接合された窒化ガリウム系列の半導体層３０で、異種接合された界面でエネルギバンドギャップの差によって２次元電子ガスチャネル３５が形成される。異種接合される窒化ガリウム系列の半導体層３０において異種接合間の格子定数の差が小さいほど、バンドギャップと極性との間の差が減るようになり、２ＤＥＧチャネル３５の形成が抑止される。異種接合の時、エネルギバンドギャップの不連続性によって広いバンドギャップを有する材料から、小さなバンドギャップを有する材料へと自由電子が移動するようになる。このような電子は、異種接合界面に蓄積されて２ＤＥＧチャネル３５を形成し、ドレイン電極６０とソース電極５０との間で電流が流れるようにする。
【００４１】
窒化物半導体層３０は、第１の窒化物層３１及び第２の窒化物層３３を含む。第２の窒化物層３３は、第１の窒化物層３１上に異種接合され、第１の窒化物層３１より広いエネルギバンドギャップを有する異種の窒化ガリウム系列の材料を含む。第２の窒化物層３３は、第１の窒化物層３１内に形成される２ＤＥＧチャネル３５へ電子を供給する。一実施形態によれば、電子を供給する第２の窒化物層３３は、第１の窒化物層３１より薄い厚さで形成される。
【００４２】
一実施形態によれば、窒化物半導体層３０を成す窒化物には、窒化ガリウム（ＧａＮ）、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）、インジウムアルミニウム窒化ガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）などが挙げられるが、これに限定されるのではない。また、一実施形態によれば、第１の窒化物層３１は窒化ガリウム（ＧａＮ）を含み、第２の窒化物層３３には、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）、インジウムアルミニウム窒化ガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）のうちのいずれか一つが挙げられる。例えば、第１の窒化物層３１の材料は窒化ガリウム（ＧａＮ）を含み、第２の窒化物層３３の材料はアルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）を含む。
【００４３】
一実施形態によれば、図３ｄに示すように、窒化物半導体層３０の第１の窒化物層３１は、基板１０の上部に配設される。基板１０は、一般に絶縁基板が挙げられ、実質的に絶縁性を有する高抵抗性の基板を用いてもよい。例えば、基板１０は、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、サファイヤ（Ａｌ２Ｏ３）のうちの少なくともいずれか一つを用いて製造されてもよく、公知の他の基板材料を用いて製造されてもよい。
【００４４】
窒化物半導体層３０は、基板１０の上部に直接形成される。一実施形態によれば、窒化物半導体層３０は、単結晶薄膜をエピタキシャル成長させて形成してもよい。また、一実施形態によれば、示されていないが、基板１０と窒化物半導体層３０との間にバッファ層を設け、窒化物半導体層３０をバッファ層上に形成してもよい。例えば、バッファ層（図示せず）は、基板１０と窒化物半導体層３０との格子不一致(ｌａｔｔｉｃｅ  ｍｉｓｍａｔｃｈ）による問題を解決するために設けられる。このバッファ層は、単一層だけではなく、窒化ガリウム（ＧａＮ）、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）、インジウムアルミニウム窒化ガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）などを含む複数の層で形成されてもよい。また、バッファ層は、窒化ガリウム以外の他の３−５族化合物半導体で形成されてもよい。例えば、基板１０がサファイヤ基板の場合、窒化ガリウムを含む窒化物半導体層３０との格子定数及び熱膨張係数の差によってミスマッチ(ｍｉｓｍａｔｃｈ)されることを阻むため、バッファ層の成長が重要になる。
【００４５】
また、図１ａ及び図１ｂに示すように、ソース電極５０は、窒化物半導体層３０上にオーミック接触されている。
【００４６】
また、図１ａ及び図１ｂに示すように、ドレイン電極６０は、ソース電極５０から離間して窒化物半導体層３０上にオーミック接触されている。
【００４７】
ソース電極５０及びドレイン電極６０は、金属、金属シリサイドまたはこれらの合金を用いて形成される。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、チタニウム（Ｔｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）のうちの少なくともいずれか一つの金属、金属シリサイド及びこれらの合金を用いて形成する。一実施形態によれば、ソース電極５０及びドレイン電極６０は、同じ材料からなる。
【００４８】
続いて、図１ａ及び図１ｂに示すように、多数のＰ型窒化物半導体セグメント８０は、ソース電極５０とドレイン電極６０との間の窒化物半導体層３０上に形成されている。Ｐ型窒化物半導体セグメント８０の各々は、ソース電極５０から所定の距離だけ離間したソース側の第１の側壁８１からドレイン側へ長く形成されている。図２を参照して、多数のＰ型窒化物半導体セグメント８０は、所定の間隔を置いて離間して配設される。この場合、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０の下部では、窒化物半導体層３０の２ＤＥＧが空乏３５ａされて２ＤＥＧチャネル３５が切られるようになる。
【００４９】
一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０の材料には、窒化ガリウム（ＧａＮ）、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）、インジウムアルミニウム窒化ガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）などがＰ型でドープされた材料が挙げられるが、これに限定されるのではない。例えば、一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０は、第１の窒化物層３１の材料がＰ型でドープされたＰ型半導体材料からなってもよい。例えば、第１の窒化物層３１の材料は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含み、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０は、Ｐ−ＧａＮ材料からなる。
【００５０】
本発明の実施形態において、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０、例えばＰ−ＧａＮセグメント下部の２ＤＥＧは、空乏３５ａされて、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０のない部分の２ＤＥＧとは交差されるように形成される。そのため、ターンオフ時、２ＤＥＧチャネル３５とＰ型窒化物半導体セグメント８０、例えばＰ−ＧａＮとが互いに空乏されてイントリンシク(ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）化され、チャネル抵抗が高くなって高耐圧を具現することができる。また、本発明の実施形態によれば、素子の耐圧が高くなった分、ゲート電極７０とドレイン電極６０との間の距離を減らしてオン抵抗を低めることができる。
一実施形態によれば、ターンオフ時、２ＤＥＧを効果的に空乏させるために、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０のドーピング濃度、セグメント間の間隔及びサイズを調節することができる。
【００５１】
また、一実施形態によれば、ドレイン電極６０とゲート電極７０との間に２ＤＥＧ部分３５と２ＤＥＧとを相殺し、２ＤＨＧまたはＰ＋半導体を形成する部分３５ａを電流流れと平行な方向に交差するように配設されるようにして、高電流及び高耐圧型の素子を得ることができる。一実施形態によれば、２ＤＥＧを相殺して２次元ホールガス（２ＤＨＧ）を形成する層の例として、Ｐ−ＧａＮが挙げられる。ターンオン時には、２ＤＥＧと２ＤＨＧとが同時にキャリアとして動作してオン抵抗を低くし、ターンオフ時、交差で構成された２ＤＥＧと２ＤＨＧとが互いに空乏され、ゲート電極７０の電界集中を抑止する。また、下部の２ＤＥＧを空乏させ、上部にＰ＋型のキャリアを形成するような他の実施形態も利用されてもよい。
【００５２】
一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０の第１の側壁８１は、図１ａに示すように、ゲート電極７０のソース側の側壁７１と一致するように整列される。または、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０の第１の側壁８１は、図１ｂに示すように、ゲート電極７０のソース側の側壁７１に至らないように整列される。
【００５３】
また、一実施形態によれば、図１ａ及び図１ｂに示すように、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０のドレイン側の第２の側壁８３は、ドレイン電極６０から所定距離だけ離間されて設けられる。または他の例として、示されていないが、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０のドレイン側の第２の側壁８３は、ドレイン電極６０と接触されてもよい。一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０のドレイン側の第２の側壁８３は、ドレイン電極６０から所定距離だけ離間して設けられることが望ましい。
【００５４】
また、図１ａ及び図１ｂに示すように、ゲート電極７０は、ソース電極５０とドレイン電極６０との間でソース電極５０に近く形成されている。ゲート電極７０の一部は、多数のＰ型窒化物半導体セグメント８０間の窒化物半導体層３０上に接触されている。ゲート電極７０は、ショットキー接触される。また、ゲート電極７０のソース側の側壁７１は、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０各々の第１の側壁８１と整列されている。また、一実施形態によれば、ゲート電極７０のソース側の側壁７１と整列されるＰ型窒化物半導体セグメント８０各々の第１の側壁８１は、図１ａに示すように、ゲート電極７０のソース側の側壁７１と一致するように整列されてもよく、または図１ｂに示すように、ゲート電極７０のソース側の側壁７１に至らないように整列されてもよい。
【００５５】
続いて、図１ａ及び図１ｂに示すように、ゲート電極７０の他の一部は、各々のＰ型窒化物半導体セグメント８０の一部上に接触されている。ゲート電極７０は、ショットキー接触される。ゲート電極７０の下部に接触されるＰ型窒化物半導体セグメント８０各々は、ゲート電極７０のソース側の側壁７１の方に延在する。
【００５６】
ゲート電極７０は、例えば、金属、金属シリサイドまたはこれらの合金を用いて形成される。例えば、ショットキー接合が可能なアルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、チタニウム（Ｔｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）のうちの少なくともいずれか一つの金属、金属シリサイド及びこれらの合金を用いて形成する。一実施形態によれば、ショットキー接触されるゲート電極７０は、オーミック接触されるソース電極５０及びドレイン電極６０とは、異なる材料からなる。
【００５７】
本発明の実施形態によれば、シリコンＦＥＴで具現されたスーパー接合（Ｓｕｐｅｒ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ）効果を窒化物高電子移動度トランジスタ、例えばＧａＮ  ＨＦＥＴで具現することができる。
【００５８】
本実施形態によれば、２ＤＥＧチャネル３５を有する窒化物半導体層３０上でゲート電極７０とドレイン電極６０との間にゲート電極７０と接続された形態のＰ型窒化物半導体セグメント８０を部分的に形成し、部分的な２ＤＥＧの除去、及び２ＤＨＧまたはＰ型半導体層の形成を図ることができる。
【００５９】
続いて、図４を参照して、本発明の第２の実施形態による窒化物半導体素子について詳記する。前述の第１の実施形態による窒化物半導体素子の構成と重複する説明は省略する。
【００６０】
図４に示すように、本発明の第２の実施形態による窒化物半導体素子は、窒化物半導体層３０、ソース電極５０、ドレイン電極６０、多数のＰ型窒化物半導体セグメント８０及びゲート電極７０を含む。例えば、窒化物半導体素子は、２ＤＥＧを有する水平型窒化物ＨＦＥＴから成る。
【００６１】
また、図４に示すように、窒化物半導体層３０は、第１の窒化物層３１と該第１の窒化物層３１の材料より広いエネルギバンドギャップを有する材料を含む第２の窒化物層３３とが異種接合されている。窒化物半導体層３０の接合界面寄りに、２次元電子ガス（２ＤＥＧ）チャネルが形成される。第１の窒化物層３１と異種接合される第２の窒化物層３３は、第１の窒化物層３１より広いエネルギバンドギャップを有する異種の窒化ガリウム系列材料から成る。第２の窒化物層３３は、第１の窒化物層３１内に形成される２ＤＥＧチャネル３５へ電子を供給する。一実施形態によれば、電子を供給する第２の窒化物層３３は、第１の窒化物層３１より薄い厚さで形成される。
【００６２】
一実施形態によれば、窒化物半導体層３０を成す窒化物には、窒化ガリウム（ＧａＮ）、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）、インジウムアルミニウム窒化ガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）などが挙げられるが、これに限定されるのではない。例えば、第１の窒化物層３１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含み、第２の窒化物層３３は、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）、インジウムアルミニウム窒化ガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）のうちのいずれか一つを含む。一実施形態によれば、第１の窒化物層３１の材料は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含み、第２の窒化物層３３の材料は、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）を含む。
【００６３】
一実施形態によれば、図５ｄに示すように、窒化物半導体層３０の第１の窒化物層３１は、基板１０の上部に配設される。基板１０は、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、サファイヤ（Ａｌ２Ｏ３）のうちの少なくともいずれか一つを用いて製造されてもよく、または公知の他の基板材料を用いて製造されてもよい。また、一実施形態によれば、示されていないが、基板１０と窒化物半導体層３０との間にバッファ層を設け、窒化物半導体層３０を該バッファ層上に形成させてもよい。また、該バッファ層は、単一層で形成されてもよく、窒化ガリウム（ＧａＮ）、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）、インジウムアルミニウム窒化ガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）などを含む複数の層で形成されてもよい。
【００６４】
また図４に示すように、ソース電極５０は、窒化物半導体層３０上にオーミック接触されており、ドレイン電極６０は、ソース電極５０から離間して窒化物半導体層３０上にオーミック接触されている。
【００６５】
例えば、ソース電極５０及びドレイン電極６０は、金属、金属シリサイドまたはこれらの合金を用いて形成される。一実施形態によれば、ソース電極５０及びドレイン電極６０は、同じ材料からなる。
【００６６】
続いて、図４に示すように、多数のＰ型窒化物半導体セグメント８０は、ソース電極５０とドレイン電極６０との間の窒化物半導体層３０上に形成されている。各々のＰ型窒化物半導体セグメント８０は、ソース電極５０から所定の距離だけ離間したソース側の第１の側壁８１からドレイン側へ長く形成されている。図４を図１ａのＩ−Ｉ′方向に沿って切断すると、図２のような断面が得られる。図２に示すように、多数のＰ型窒化物半導体セグメント８０は、所定の間隔を置いて離間して配設されるが、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０の下部では、窒化物半導体層３０の２ＤＥＧチャネル３５が切られるようになる。
【００６７】
一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０の材料には、窒化ガリウム（ＧａＮ）、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）、インジウムアルミニウム窒化ガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）などがＰ型でドープされた材料が挙げられるが、これに限定されるのではない。一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０は、第１の窒化物層３１の材料がＰ型でドープされたＰ型半導体材料からなる。例えば、第１の窒化物層３１の材料は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含み、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０は、Ｐ−ＧａＮ材料からなる。
【００６８】
本発明の実施形態において、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０、例えばＰ−ＧａＮセグメント下部の２ＤＥＧは、空乏３５ａされ、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０のない部分の２ＤＥＧと交差するようになるため、ターンオフ時に２ＤＥＧチャネル３５とＰ型窒化物半導体セグメント８０とが互いに空乏されて、チャネル抵抗が高くなり、高耐圧を具現することができる。また、本発明の実施形態によって素子の耐圧が高くなる分、ゲート電極７０とドレイン電極６０との間の距離を減らし、オン抵抗を低めることができる。
【００６９】
一実施形態によれば、ターンオフ時２ＤＥＧを効果的に空乏させるために、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０のドーピング濃度、セグメント間の間隔及びサイズを調節することができる。
【００７０】
また、一実施形態によれば、ドレイン電極６０とゲート電極７０との間に２ＤＥＧ部分３５と２ＤＥＧとを相殺し、２ＤＨＧまたはＰ＋半導体を形成する部分３５ａを電流流れと平行な方向に交差するように配設して、高電流及び高耐圧型の素子を得ることができる。一実施形態によれば、２ＤＥＧを相殺して２次元ホールガス（２ＤＨＧ）を形成する層の例として、Ｐ−ＧａＮがある。ターンオン時には、２ＤＥＧと２ＤＨＧとが同時にキャリアとして動作してオン抵抗を低くし、ターンオフ時交差で構成された２ＤＥＧと２ＤＨＧとが互いに空乏されて、ゲート電極７０の電界集中を抑止することができる。また、下部の２ＤＥＧを空乏させ、上部にＰ＋型のキャリアを形成することができる他の実施形態の構造が利用されてもよい。
【００７１】
また、一実施形態によれば、図４に示すように、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０のドレイン側の第２の側壁８３は、ドレイン電極６０から所定距離だけ離間されている。または他の例として、示されていないが、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０のドレイン側の第２の側壁８３は、ドレイン電極６０と接触されてもよい。一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０のドレイン側の第２の側壁８３は、ドレイン電極６０から所定距離だけ離間されていることが望ましい。
【００７２】
また、図４に示すように、ゲート電極７０は、ソース電極５０とドレイン電極６０との間の窒化物半導体層３０上でソース電極５０に近く形成されている。ゲート電極７０は、ショットキー接触される。また、ゲート電極７０のドレイン側の側壁は、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０の第１の側壁８１と接触されている。
【００７３】
ゲート電極７０は、例えば、金属、金属シリサイドまたはこれらの合金を用いて形成される。一実施形態によれば、ショットキー接触されるゲート電極７０は、オーミック接触されるソース電極５０及びドレイン電極６０とは、異なる材料からなる。
【００７４】
続いて、図６を参照して、本発明の第３の実施形態による窒化物半導体素子について詳記する。前述の第１及び第２の実施形態による窒化物半導体素子の構成と重複する説明は省略する。
【００７５】
図６に示すように、本発明の第３の実施形態による窒化物半導体素子は、窒化物半導体層３０、ソース電極５０、ドレイン電極６０、Ｐ型窒化物半導体構造物１８０及びゲート電極７０を含む。例えば、窒化物半導体素子は、２ＤＥＧを有する水平型窒化物ＨＦＥＴから成る。
【００７６】
図６に示すように、窒化物半導体層３０は、第１の窒化物層３１と該第１の窒化物層３１の材料より広いエネルギバンドギャップを有する材料を含む第２の窒化物層３３とが異種接合されている。窒化物半導体層３０の接合界面寄りに２次元電子ガス（２ＤＥＧ）チャネルが形成される。窒化物半導体層３０の接合界面寄りに２次元電子ガス（２ＤＥＧ）チャネルが形成される。第１の窒化物層３１と異種接合される第２の窒化物層３３は、第１の窒化物層３１より広いエネルギバンドギャップを有する異種の窒化ガリウム系列材料を含む。第２の窒化物層３３は、第１の窒化物層３１内に形成される２ＤＥＧチャネル３５へ電子を供給する。一実施形態によれば、電子を供給する第２の窒化物層３３は、第１の窒化物層３１より薄い厚さで形成される。
【００７７】
一実施形態によれば、窒化物半導体層３０を成す窒化物には、窒化ガリウム（ＧａＮ）、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）、インジウムアルミニウム窒化ガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）などが挙げられるが、これに限定されるのではない。例えば、第１の窒化物層３１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含み、第２の窒化物層３３は、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）、インジウムアルミニウム窒化ガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）のうちのいずれか一つを含む。一実施形態によれば、第１の窒化物層３１の材料は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含み、第２の窒化物層３３の材料は、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）を含む。
【００７８】
一実施形態によれば、図８ｄに示すように、窒化物半導体層３０の第１の窒化物層３１は、基板１０の上部に配設される。基板１０は、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、サファイヤ（Ａｌ２Ｏ３）のうちの少なくともいずれか一つを用いて製造されてもよく、または公知の他の基板材料を用いて製造されてもよい。また、一実施形態によれば、示されていないが、基板１０と窒化物半導体層３０との間にバッファ層を設け、窒化物半導体層３０を該バッファ層上に形成してもよい。また、該バッファ層は、単一層で形成されてもよく、窒化ガリウム（ＧａＮ）、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）、インジウムアルミニウム窒化ガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）などを含む複数の層で形成されてもよい。
【００７９】
また図６に示すように、ソース電極５０は、窒化物半導体層３０上にオーミック接触されており、ドレイン電極６０は、ソース電極５０から離間して窒化物半導体層３０上にオーミック接触されている。
【００８０】
例えば、ソース電極５０及びドレイン電極６０は、金属、金属シリサイドまたはこれらの合金を用いて形成される。一実施形態によれば、ソース電極５０及びドレイン電極６０は、同じ材料からなる。
【００８１】
続いて、図６に示すように、Ｐ型窒化物半導体構造物１８０は、ソース電極５０とドレイン電極６０との間の窒化物半導体層３０上に形成されている。Ｐ型窒化物半導体構造物１８０は、幹部１８１と多数の枝セグメント１８３とを含む。Ｐ型窒化物半導体構造物１８０の幹部１８１は、ソース電極５０から所定距離だけ離間され、ソース電極５０に並行して配設されている。Ｐ型窒化物半導体構造物１８０の多数の枝セグメント１８３は、幹部１８１からドレイン側へ長く形成されている。図７に示すように、Ｐ型窒化物半導体構造物１８０の幹部１８１の下部では、窒化物半導体層３０の２ＤＥＧチャネル３５が切られるようになる。また、図６を図１ａのＩ−Ｉ′方向に沿って切断すると、図２のような断面が得られる。Ｐ型窒化物半導体構造物１８０の枝セグメント１８３は、所定の間隔を置いて離間して配設されるが、Ｐ型窒化物半導体構造物１８０の枝セグメント１８３の下部では、窒化物半導体層３０の２ＤＥＧチャネル３５が切られるようになる。
【００８２】
一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体構造物１８０の材料には、窒化ガリウム（ＧａＮ）、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）、インジウムアルミニウム窒化ガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）などがＰ型でドープされた材料が挙げられるが、これに限定されるのではない。一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体構造物１８０は、第１の窒化物層３１の材料がＰ型でドープされたＰ型半導体材料からなる。例えば、第１の窒化物層３１の材料は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含み、Ｐ型窒化物半導体構造物１８０は、Ｐ−ＧａＮ材料からなる。
【００８３】
本発明の実施形態において、Ｐ型窒化物半導体構造物１８０の枝セグメント１８３の下部の２ＤＥＧは、空乏（図２の３５a参照）され、Ｐ型窒化物半導体構造物１８０の枝セグメント１８３のない部分の２ＤＥＧと交差して設けられるが、ターンオフ時、２ＤＥＧチャネル３５とＰ型窒化物半導体構造物１８０の枝セグメント１８３とが互いに空乏され、チャネル抵抗が高くなり、高耐圧を具現することができる。また、本発明の実施形態によって素子の耐圧が高くなる分、ゲート電極７０とドレイン電極６０との間の距離を減らし、オン抵抗を低めることができる。
【００８４】
一実施形態によれば、ターンオフ時に２ＤＥＧを効果的に空乏させるために、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０のドーピング濃度、セグメント間の間隔及びサイズを調節することができる。
【００８５】
また、一実施形態によれば、ドレイン電極６０とゲート電極７０との間に２ＤＥＧ部分と２ＤＥＧとを相殺し、２ＤＨＧまたはＰ＋半導体を形成する部分を電流流れと平行な方向に交差して配設することによって、高電流及び高耐圧型の素子を得ることができる。一実施形態によれば、２ＤＥＧを相殺し、２次元ホールガス（２ＤＨＧ）を形成する層の例として、Ｐ−ＧａＮが挙げられる。ターンオン時には、２ＤＥＧと２ＤＨＧとが同時にキャリアとして動作し、オン抵抗を低くし、ターンオフ時、交差で構成された２ＤＥＧと２ＤＨＧとが互いに空乏されて、ゲート電極７０の電界集中を抑止することができる。また、下部の２ＤＥＧを空乏させ、上部にＰ＋型のキャリアを形成することができる他の実施形態の構造が利用されてもよい。
【００８６】
また、一実施形態によれば、図６に示すように、Ｐ型窒化物半導体構造物１８０の枝セグメント１８３のドレイン側の第２の側壁１８３ａは、ドレイン電極６０から所定距離だけ離間されている。または他の例として、示されていないが、Ｐ型窒化物半導体構造物１８０の枝セグメント１８３のドレイン側の第２の側壁１８３ａは、ドレイン電極６０と接触されてもよい。一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体構造物１８０の枝セグメント１８３のドレイン側の第２の側壁１８３ａは、ドレイン電極６０から所定距離だけ離間して設けられることが望ましい。
【００８７】
また、図６に示すように、ゲート電極７０は、ソース電極５０とドレイン電極６０との間でソース電極５０に近く形成されている。ゲート電極７０の一部は、窒化物半導体層３０上に接触され、ゲート電極７０の他の一部は、Ｐ型窒化物半導体構造物１８０の幹部１８１上に接触されている。また、ゲート電極７０は、ショットキー接触される。また、ゲート電極７０のソース側の側壁７１は、Ｐ型窒化物半導体構造物１８０の幹部１８１のソース側の第１の側壁１８１ａと整列され、ゲート電極７０の下部に接触されるＰ型窒化物半導体構造物１８０の幹部１８１は、ゲート電極７０のソース側の側壁７１に至らないように形成されている。
【００８８】
ゲート電極７０は、例えば、金属、金属シリサイドまたはこれらの合金を用いて形成される。一実施形態によれば、ショットキー接触されるゲート電極７０は、オーミック接触されるソース電極５０及びドレイン電極６０とは異なる材料からなる。
【００８９】
続いて、図３ａ〜図３ｄに示すように、本発明の第４の実施形態による窒化物半導体素子の製造方法について詳記する。本発明の第４の実施形態は、前述の第１の実施形態による窒化物半導体素子の製造方法に関するもので、重複する説明は省略する。
【００９０】
図３ａ〜図３ｄに示すように、窒化物半導体素子の製造方法は、異種接合窒化物半導体層形成ステップ（図３ａ）と、ソース電極、ドレイン電極及びＰ型窒化物半導体セグメント形成ステップ（図３ｂ及び図３ｃ）と、ゲート電極形成ステップ（図３ｄ）とを含む。ソース電極、ドレイン電極及びＰ型窒化物半導体セグメント形成ステップ（図３ｂ及び図３ｃ）は、ソース電極及びドレイン電極形成ステップ（図３ｂ及びＰ型窒化物半導体セグメント形成ステップ（図３ｃ）の順で行われるか、または逆に、Ｐ型窒化物半導体セグメント形成ステップ（図３ｃ）が行われた後、ソース電極及びドレイン電極形成ステップ（図３ｂ）が行われてもよい。
【００９１】
まず、図３ａに示すように、異種接合窒化物半導体層形成ステップでは、第１の窒化物層３１と該第１の窒化物層３１の材料より広いエネルギバンドギャップを有する材料を含む第２の窒化物層３３とが異種接合される。異種接合によって、接合界面寄りに２次元電子ガス（２ＤＥＧ）チャネルが形成される。第２の窒化物層３３は、第１の窒化物層３１内に形成される２ＤＥＧチャネル３５へ電子を供給する。一実施形態によれば、電子を供給する第２の窒化物層３３は第１の窒化物層３１より薄い厚さで形成される。
【００９２】
一実施形態によれば、窒化物半導体層３０に用いられる窒化物には、窒化ガリウム（ＧａＮ）、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）、インジウムアルミニウム窒化ガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）などが挙げられるが、これに限定されるのではない。また、一実施形態によれば、第１の窒化物層３１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含み、第２の窒化物層３３は、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）、インジウムアルミニウム窒化ガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）のうちのいずれか一つを含む。例えば、第１の窒化物層３１の材料は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含み、第２の窒化物層３３の材料は、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）を含む。
【００９３】
一実施形態によれば、窒化物半導体層３０は、単結晶薄膜をエピタキシャル成長させて形成する。第１の窒化物層３１及び第２の窒化物層３３は、エピタキシャル成長工程（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）によって形成される。例えば、第１の窒化物層３１は、図３ａに示すように、基板１０の上部に窒化ガリウム系列単結晶薄膜をエピタキシャル成長させて形成する。基板１０は、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、サファイヤ（Ａｌ２Ｏ３）のうちの少なくともいずれか一つを用いて製造されてもよく、または公知の他の基板材料を用いて製造されてもよい。また、示されていないが、基板１０の上部にバッファ層をエピタキシャル成長させた後、該バッファ層上に第１の窒化物層３１をエピタキシャル成長させてもよい。続いて、第２の窒化物層３３は、第１の窒化物層３１をシード層として第１の窒化物層３１より広いエネルギバンドギャップを有する異種の窒化ガリウム系列材料を含む窒化物層をエピタキシャル成長させて形成する。
【００９４】
一実施形態によれば、第１の窒化物層３１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む窒化ガリウム系列単結晶をエピタキシャル成長させて形成する。第２の窒化物層３３は、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）、インジウムアルミニウム窒化ガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）のうちのいずれか一つを含む窒化ガリウム系列単結晶をエピタキシャル成長させて形成する。例えば、第２の窒化物層３３は、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）をエピタキシャル成長させて形成する。
【００９５】
第１及び第２の窒化物層３１、３３を形成するためのエピタキシャル成長工程には、液相成長法（ＬＰＥ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）、化学気相蒸着法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｊｔｉｏｎ）、分子ビーム成長法（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）、有機金属気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  ＣＶＤ）などが挙げられる。エピタキシャル成長時、選択的に成長させて過成長されないように調節することができる。もし、過成長された場合、エッチバック（ｅｔｃｈｂａｃｋ）工程やＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程を用いて平坦化する過程を追加に行ってもよい。
【００９６】
続いて、図３ｂ及び図３ｃに示すように、ソース電極、ドレイン電極及びＰ型窒化物半導体セグメント形成ステップでは、ソース電極及びドレイン電極形成ステップ（図３ｂ）及びＰ型窒化物半導体セグメント形成ステップ（図３ｃ）が順にまたは逆に行われてもよい。一例として、ソース電極及びドレイン電極形成ステップ（図３ｂ）及びＰ型窒化物半導体セグメント形成ステップ（図３ｃ）の順に説明する。
【００９７】
図３ｂに示すように、ソース電極及びドレイン電極形成ステップでは、ソース電極５０及びソース電極５０から離間されたドレイン電極６０が、窒化物半導体層３０上にオーミック接触されて形成される。ソース電極５０及びドレイン電極６０の形成ステップは、後続のＰ型窒化物半導体セグメント形成ステップ（図３ｃ）後に行われてもよい。
【００９８】
ソース電極５０及びドレイン電極６０は、例えば、金属、金属シリサイドまたはこれらの合金を用いて形成される。一実施形態によれば、ソース電極５０及びドレイン電極６０は、同じ材料からなる。
【００９９】
続いて、図３ｃに示すように、Ｐ型窒化物半導体セグメント形成ステップでは、ソース電極５０とドレイン電極６０との間の窒化物半導体層３０上に多数のＰ型窒化物半導体セグメント８０が形成される。Ｐ型窒化物半導体セグメント８０の各々は、ソース電極５０から所定の距離だけ離間したソース側の第１の側壁８１からドレイン側へ長く形成される。
【０１００】
一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体層を窒化物半導体層３０上に形成した後、パターニング工程によって多数のＰ型窒化物半導体セグメントの形状をパターニングし、エッチング工程を通じて所定の多数のＰ型窒化物半導体セグメント８０を形成する。
【０１０１】
本実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０の下部の２ＤＥＧは空乏され、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０のない部分の２ＤＥＧとは交差して設けられるため、ターンオフ時に２ＤＥＧチャネル３５とＰ型窒化物半導体セグメント８０とが互いに空乏され、チャネル抵抗が高くなり、高耐圧を具現することができる。また、本発明の実施形態によって素子の耐圧が高くなる分、ゲート電極７０とドレイン電極６０との間の距離を減らし、オン抵抗を低めることができる。また、一実施形態によれば、ターンオフ時２ＤＥＧを効果的に空乏させるために、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０のドーピング濃度、セグメント間の間隔及びサイズを調節することができる。
【０１０２】
また、一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体セグメント形成ステップ（図３ｃ）において、第１の窒化物層３１の材料を使ったＰ型窒化物半導体セグメント８０が形成される。例えば、第１の窒化物層３１の材料は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含み、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０は、Ｐ−ＧａＮ材料からなる。
【０１０３】
また、一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体セグメント形成ステップ（図３ｃ）では、図３ｃに示すように、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０のドレイン側の第２の側壁８３は、ドレイン電極６０から所定距離だけ離間してＰ型窒化物半導体セグメント８０が形成される。また、示されていないが、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０のドレイン側の第２の側壁８３は、ドレイン電極６０と接触されるようにＰ型窒化物半導体セグメント８０が形成される。一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０のドレイン側の第２の側壁８３は、ドレイン電極６０から所定距離だけ離間して設けられることが望ましい。
【０１０４】
また、図３ｄに示すように、ゲート電極形成ステップでは、ソース電極５０とドレイン電極６０との間でソース電極５０に近くゲート電極７０が形成される。ゲート電極７０の一部は、多数のＰ型窒化物半導体セグメント８０間の窒化物半導体層３０上に接触して配設され、ゲート電極７０の他の一部は、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０各々の一部上に接触して配設される。ゲート電極７０は、ショットキー接触される。また、ゲート電極７０のソース側の側壁７１がＰ型窒化物半導体セグメント８０各々の第１の側壁８１と整列して配設されるが、ゲート電極７０の下部に接触されるＰ型窒化物半導体セグメント８０がゲート電極７０のソース側の側壁７１方向に延在するような構造を有する。
【０１０５】
また、一実施形態によれば、ゲート電極形成ステップ（図３ｄ）にて、図１ａまたは／及び図３ｄに示すように、ゲート電極７０のソース側の側壁７１は、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０の第１の側壁８１と一致して整列されるように、ゲート電極７０が形成される。または図１ｂに示すように、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０の第１の側壁８１がゲート電極７０のソース側の側壁７１に至ることなく整列されるように、ゲート電極７０が形成される。
【０１０６】
ゲート電極７０は、例えば、金属、金属シリサイドまたはこれらの合金を用いて形成される。一実施形態によれば、ショットキー接触されるゲート電極７０は、オーミック接触されるソース電極５０及びドレイン電極６０とは、異なる材料からなる。
【０１０７】
本実施形態によれば、２ＤＥＧチャネル３５を有する窒化物半導体層３０上でゲート電極７０とドレイン電極６０との間にゲート電極７０と接続された形態のＰ型窒化物半導体セグメント８０を部分的に形成し、部分的な２ＤＥＧの除去及び２ＤＨＧまたはＰ型半導体層の形成を図ることができる。
【０１０８】
続いて、図５ａ〜図５ｄに示すように、本発明の第５の実施形態による窒化物半導体素子の製造方法について詳記する。本発明の第５の実施形態は、前述の本発明の第２の実施形態による窒化物半導体素子の製造方法に関するもので、重複する説明は省略する。
【０１０９】
図５ａ〜図５ｄに示すように、本発明の第５の実施形態による窒化物半導体素子の製造方法は、異種接合窒化物半導体層形成ステップ（図５ａ）と、ソース電極、ドレイン電極及びＰ型窒化物半導体セグメント形成ステップ（図５ｂ及び図５ｃ）と、ゲート電極形成ステップ（図５ｄ）とを含む。ソース電極、ドレイン電極及びＰ型窒化物半導体セグメント形成ステップ（図５ｂ及び図５ｃ）は、ソース電極及びドレイン電極形成ステップ（図５ｂ）及びＰ型窒化物半導体セグメント形成ステップ（図５ｃ）の順に行われるか、または逆に、Ｐ型窒化物半導体セグメント形成ステップ（図５ｃ）が行われた後、ソース電極及びドレイン電極形成ステップ（図５ｂ）が行われてもよい。
【０１１０】
まず、図５ａに示すように、異種接合窒化物半導体層形成ステップでは、第１の窒化物層３１と該第１の窒化物層３１の材料より広いエネルギバンドギャップを有する材料を含む第２の窒化物層３３とが異種接合される。該異種接合によって、接合界面寄りに２次元電子ガス（２ＤＥＧ）チャネルが形成される。第２の窒化物層３３は、第１の窒化物層３１内に形成される２ＤＥＧチャネル３５へ電子を供給する。
【０１１１】
一実施形態によれば、窒化物半導体層３０に用いられる窒化物には、窒化ガリウム（ＧａＮ）、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）、インジウムアルミニウム窒化ガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）などが挙げられるが、これに限定されるのではない。また、一実施形態によれば、第１の窒化物層３１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含み、第２の窒化物層３３は、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）、インジウムアルミニウム窒化ガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）のうちのいずれか一つを含む。例えば、第１の窒化物層３１の材料は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含み、第２の窒化物層３３の材料は、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）を含む。
【０１１２】
一実施形態によれば、第１の窒化物層３１及び第２の窒化物層３３は、エピタキシャル成長工程によって形成される。例えば、第１の窒化物層３１は、図５ａに示すように、基板１０の上部に窒化ガリウム系列単結晶薄膜をエピタキシャル成長させて形成する。基板１０は、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、サファイヤ（Ａｌ２Ｏ３）のうちの少なくともいずれか一つを用いて製造されてもよく、または公知の他の基板材料を用いて製造されてもよい。また、示されていないが、基板１０の上部にバッファ層をエピタキシャル成長させた後に該バッファ層上に第１の窒化物層３１をエピタキシャル成長させてもよい。続いて、第２の窒化物層３３は、第１の窒化物層３１をシード層として、第１の窒化物層３１より広いエネルギバンドギャップを有する異種の窒化ガリウム系列材料を含む窒化物層をエピタキシャル成長させて形成する。
【０１１３】
第１及び第２の窒化物層３１、３３を形成するためのエピタキシャル成長工程では、 液相成長法（ＬＰＥ）、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、分子ビーム成長法（ＭＢＥ）、有機金属気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ）などが挙げられる。
【０１１４】
続いて、図５ｂ及び図５ｃに示すように、ソース電極、ドレイン電極及びＰ型窒化物半導体セグメント形成ステップでは、ソース電極及びドレイン電極形成ステップ（図５ｂ）及びＰ型窒化物半導体セグメント形成ステップ（図５ｃ）が順にまたは逆に行われてもよい。一例として、ソース電極及びドレイン電極形成ステップ（図５ｂ）及びＰ型窒化物半導体セグメント形成ステップ（図５ｃ）の順に説明する。
【０１１５】
図５ｂに示すように、ソース電極及びドレイン電極形成ステップでは、ソース電極５０及びソース電極５０から離間したドレイン電極６０が、窒化物半導体層３０上にオーミック接触されるように形成される。ソース電極５０及びドレイン電極６０の形成ステップは、後続のＰ型窒化物半導体セグメント形成ステップ後に行われてもよい。
【０１１６】
ソース電極５０及びドレイン電極６０は、例えば、金属、金属シリサイドまたはこれらの合金を用いて形成される。一実施形態によれば、ソース電極５０及びドレイン電極６０は、同じ材料からなる。
【０１１７】
続いて、図５ｃに示すように、Ｐ型窒化物半導体セグメント形成ステップでは、ソース電極５０とドレイン電極６０との間の窒化物半導体層３０上に、ソース電極５０から所定の距離だけ離間したソース側の第１の側壁８１からドレイン側へ長く、多数のＰ型窒化物半導体セグメント８０が形成される。
【０１１８】
一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体層を窒化物半導体層３０上に形成した後、パターニング工程を通じて多数のＰ型窒化物半導体セグメントの形状をパターニングし、続いて、エッチング工程を通じて所定の多数のＰ型窒化物半導体セグメント８０を形成する。
【０１１９】
本実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０下部の２ＤＥＧは空乏され、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０のない部分の２ＤＥＧとは交差して設けられるため、ターンオフ時、２ＤＥＧチャネル３５とＰ型窒化物半導体セグメント８０とが互いに空乏され、チャネル抵抗が高くなり、高耐圧を具現することができる。また、本発明の実施形態によって素子の耐圧が高くなる分、ゲート電極７０とドレイン電極６０との間の距離を減らし、オン抵抗を低めることができる。また、一実施形態によれば、ターンオフ時、２ＤＥＧを効果的に空乏させるために、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０のドーピング濃度、セグメント間の間隔及びサイズを調節することができる。
【０１２０】
また一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体セグメント形成ステップ（図５ｃ）にて、第１の窒化物層３１の材料を使ったＰ型窒化物半導体セグメント８０が形成される。例えば、第１の窒化物層３１の材料は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含み、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０は、Ｐ−ＧａＮ材料からなる。
【０１２１】
また、一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体セグメント形成ステップ（図５ｃ）にて、図５ｃ及び／または図４に示すように、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０のドレイン側の第２の側壁８３がドレイン電極６０から所定距離だけ離間してＰ型窒化物半導体セグメント８０が形成される。または示されていないが、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０のドレイン側の第２の側壁８３がドレイン電極６０と接触されるようにＰ型窒化物半導体セグメント８０が形成される。一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体セグメント８０のドレイン側の第２の側壁８３は、ドレイン電極６０から所定距離だけ離間して設けられることが望ましい。
【０１２２】
また、図５ｄに示すように、ゲート電極形成ステップでは、ソース電極５０とドレイン電極６０との間の窒化物半導体層３０上でソース電極５０に近くゲート電極７０が形成される。ゲート電極７０は、ショットキー接触される。ゲート電極７０のドレイン側の側壁がＰ型窒化物半導体セグメント８０各々の第１の側壁８１と接触される。
【０１２３】
ゲート電極７０は、例えば、金属、金属シリサイドまたはこれらの合金を用いて形成される。一実施形態によれば、ショットキー接触されるゲート電極７０は、オーミック接触されるソース電極５０及びドレイン電極６０とは、異なる材料からなる。
【０１２４】
続いて、図８ａ〜図８ｄを参照して、本発明の第６の実施形態による窒化物半導体素子の製造方法について詳記する。本発明の第６の実施形態は、前述の本発明の第３の実施形態による窒化物半導体素子の製造方法に関するもので、重複する説明は省略する。
【０１２５】
図８ａ〜図８ｄに示すように、本発明の第６の実施形態による窒化物半導体素子の製造方法は、異種接合窒化物半導体層形成ステップ（図８ａ）と、ソース電極、ドレイン電極及びＰ型窒化物半導体構造物を形成するステップ（図８ｂ及び図８ｃ）と、ゲート電極形成ステップ（図８ｄ）とを含む。ソース電極、ドレイン電極及びＰ型窒化物半導体構造物を形成するステップ（図８ｂ及び図８ｃ）は、ソース電極及びドレイン電極形成ステップ（図８ｂ）及びＰ型窒化物半導体構造物形成ステップ（図８ｃ）の順序に行われるか、または逆に、Ｐ型窒化物半導体構造物形成ステップ（図８ｃ）が行われた後、ソース電極及びドレイン電極形成ステップ（図８ｂ）が行われてもよい。
【０１２６】
まず、図８ａに示すように、異種接合窒化物半導体層形成ステップでは、第１の窒化物層３１と該第１の窒化物層３１の材料より広いエネルギバンドギャップを有する材料を含む第２の窒化物層３３とが異種接合される。該異種接合によって、接合界面寄りに２次元電子ガス（２ＤＥＧ）チャネルが形成される。
【０１２７】
一実施形態によれば、窒化物半導体層３０に用いられる窒化物には、窒化ガリウム（ＧａＮ）、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）、インジウムアルミニウム窒化ガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）などが挙げられるが、これに限定されるのではない。また、一実施形態によれば、第１の窒化物層３１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含み、第２の窒化物層３３は、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）、インジウムアルミニウム窒化ガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）のうちのいずれか一つを含む。例えば、第１の窒化物層３１の材料は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含み、第２の窒化物層３３の材料は、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）を含む。
【０１２８】
一実施形態によれば、第１の窒化物層３１及び第２の窒化物層３３は、エピタキシャル成長工程によって形成される。例えば、第１の窒化物層３１は、図５ａに示すように、基板１０の上部に窒化ガリウム系列単結晶薄膜をエピタキシャル成長させて形成する。また、示されていないが、基板１０の上部にバッファ層をエピタキシャル成長させた後に該バッファ層上に第１の窒化物層３１をエピタキシャル成長させてもよい。続いて、第２の窒化物層３３は、第１の窒化物層３１をシード層として、第１の窒化物層３１より広いエネルギバンドギャップを有する異種の窒化ガリウム系列材料を含む窒化物層をエピタキシャル成長させて形成する。第１及び第２の窒化物層３１、３３を形成するためのエピタキシャル成長工程では、液相成長法（ＬＰＥ）、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、分子ビーム成長法（ＭＢＥ）、有機金属気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ）などが挙げられる。
【０１２９】
続いて、図８ｂ及び図８ｃに示すように、ソース電極、ドレイン電極及びＰ型窒化物半導体構造物を形成するステップでは、ソース電極及びドレイン電極形成ステップ（図８ｂ）及びＰ型窒化物半導体構造物形成ステップ（図８ｃ）が順にまたは逆に行われてもよい。一例として、ソース電極及びドレイン電極形成ステップ（図８ｂ）及びＰ型窒化物半導体構造物形成ステップ（図８ｃ）の順に説明する。
【０１３０】
図８ｂに示すように、ソース電極及びドレイン電極形成ステップでは、ソース電極５０と該ソース電極５０から離間したドレイン電極６０とが窒化物半導体層３０上にオーミック接触されるように形成される。ソース電極５０及びドレイン電極６０の形成ステップは、後続のＰ型窒化物半導体構造物形成ステップ後に行われてもよい。
【０１３１】
ソース電極５０及びドレイン電極６０は、例えば、金属、金属シリサイドまたはこれらの合金を用いて形成される。一実施形態によれば、ソース電極５０及びドレイン電極６０は、同じ材料からなる。
【０１３２】
続いて、図８ｃに示すように、Ｐ型窒化物半導体構造物形成ステップでは、ソース電極５０とドレイン電極６０との間の窒化物半導体層３０上にＰ型窒化物半導体構造物１８０が形成される。Ｐ型窒化物半導体構造物１８０は、ソース電極５０から所定の距離だけ離間されソース電極５０に並行して配設された幹部１８１と、該幹部１８１からドレイン側へ長く形成された多数の枝セグメント１８３とを含む。
【０１３３】
一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体層を窒化物半導体層３０上に形成した後、パターニング工程を通じてＰ型窒化物半導体構造物の形状をパターニングし、続いて、エッチング工程を通じて所定のＰ型窒化物半導体構造物１８０を形成する。
【０１３４】
本実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体構造物１８０の枝セグメント１８３下部の２ＤＥＧは空乏され、Ｐ型窒化物半導体構造物１８０の枝セグメント１８３のない部分の２ＤＥＧとは交差して設けられるため、ターンオフ時に２ＤＥＧチャネル３５とＰ型窒化物半導体セグメント８０とが互いに空乏されて、チャネル抵抗が高くなり、高耐圧を具現することができる。また、本発明の実施形態によって素子の耐圧が高くなった分、ゲート電極７０とドレイン電極６０との間の距離を減らしてオン抵抗を低めることができる。また、一実施形態によれば、ターンオフ時に２ＤＥＧを効果的に空乏させるために、Ｐ型窒化物半導体構造物１８０のドーピング濃度、セグメント間の間隔及びサイズを調節することができる。
【０１３５】
また一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体構造物形成ステップ（図８ｃ）にて、第１の窒化物層３１の材料を用いてＰ型窒化物半導体構造物１８０を形成する。例えば、第１の窒化物層３１の材料は、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含み、Ｐ型窒化物半導体構造物１８０は、Ｐ−ＧａＮ材料からなる。
【０１３６】
また、一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体構造物形成ステップ（図８ｃ）にて、図８ｃ及び／または図６に示すように、Ｐ型窒化物半導体構造物１８０の枝セグメント１８３のドレイン側の第２の側壁１８３ａは、ドレイン電極６０から所定距離だけ離間して形成される。または示されていないがＰ型窒化物半導体構造物１８０の枝セグメント１８３のドレイン側の第２の側壁１８３ａは、ドレイン電極６０と接触される。一実施形態によれば、Ｐ型窒化物半導体構造物１８０の枝セグメント１８３のドレイン側の第２の側壁１８３ａは、ドレイン電極６０から所定距離だけ離間して設けられることが望ましい。
【０１３７】
また、図８ｄに示すように、ゲート電極形成ステップでは、ソース電極５０とドレイン電極６０との間でソース電極５０に近くゲート電極７０が形成される。ゲート電極７０の一部は、窒化物半導体層３０上に接触して配設され、ゲート電極７０の他の一部は、Ｐ型窒化物半導体構造物１８０の幹部１８１上に接触して配設される。ゲート電極７０は、ショットキー接触される。また、ゲート電極７０のソース側の側壁７１は、Ｐ型窒化物半導体構造物１８０の幹部１８１のソース側の第１の側壁１８１ａと整列されるように形成される。なお、ゲート電極７０の下部に接触されるＰ型窒化物半導体構造物１８０の幹部１８１がゲート電極７０のソース側の側壁７１に至らないようにゲート電極７０が形成される。
【０１３８】
ゲート電極７０は、例えば、金属、金属シリサイドまたはこれらの合金を用いて形成される。一実施形態によれば、ショットキー接触されるゲート電極７０は、オーミック接触されるソース電極５０及びドレイン電極６０とは異なる材料からなる。
【０１３９】
一実施形態によれば、本発明の実施形態による窒化物半導体素子は、パワートランジスタから成る。
【０１４０】
本発明の実施形態による窒化物半導体素子または窒化物半導体素子の製造方法によれば、２ＤＥＧチャネル３５を有する窒化物半導体層３０上でゲート電極７０とドレイン電極６０との間にゲート電極７０と接続された形態のＰ型窒化物半導体セグメント８０を部分的に形成し、部分的な２ＤＥＧの除去及び２ＤＨＧまたはＰ型半導体層の形成を図ることができる。
【０１４１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１４２】
１０  基板                
３０  窒化物半導体層
３１  第１の窒化物層      
３３  第２の窒化物層
３５  ２ＤＥＧチャネル
３５ａ  空乏領域
５０  ソース電極
６０  ドレイン電極
７０  ゲート電極
７１  ゲート電極のソース側の側壁
７３  ゲート電極のドレイン側の側壁
８０  Ｐ型窒化物半導体セグメント
８１  Ｐ型窒化物半導体セグメントのソース側の第１の側壁
８３  Ｐ型窒化物半導体セグメントのドレイン側の第２の側壁
１８０  Ｐ型窒化物半導体構造物
１８１  Ｐ型窒化物半導体構造物の幹部
１８１ａ  Ｐ型窒化物半導体構造物の幹部のソース側の第１の側壁
１８３  Ｐ型窒化物半導体構造物の枝セグメント
１８３ａ  Ｐ型窒化物半導体構造物の枝セグメントのドレイン側の第２の側壁
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図８ｄ】
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