(57)【要約】【課題】本発明は、二次元電子ガスの閉じ込めを向上させかつ移動度を改善し、高電圧・高周波で動作することが可能なヘテロ接合電界効果型トランジスタおよびその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明によるヘテロ接合電界効果型トランジスタは、第２の窒化物半導体層３のバンドギャップエネルギーは、第４の窒化物半導体層５のバンドギャップエネルギー以上、かつＡｌＮのバンドギャップエネルギーよりも小さく、第４の窒化物半導体層５のバンドギャップエネルギーは、第１の窒化物半導体層２のバンドギャップエネルギーよりも大きく、第１の窒化物半導体層２のバンドギャップエネルギーは、第３の窒化物半導体層４のバンドギャップエネルギーよりも大きく、第２の窒化物半導体層３と第３の窒化物半導体層４との界面における価電子帯準位は、フェルミ準位よりも低いことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタであって、
基板上に形成されたバッファ層である第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層上に形成された障壁層である第２の窒化物半導体層と、
前記第２の窒化物半導体層上に形成されたチャネル層である第３の窒化物半導体層と、
前記第３の窒化物半導体層上に形成された電子供給層である第４の窒化物半導体層と、
を備え、
前記第１の窒化物半導体層は、ＡｌａＩｎｂＧａ１−（ａ＋ｂ）Ｎ（０≦ａ＜１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）であり、
前記第２の窒化物半導体層は、ＡｌｃＩｎｄＧａ１−（ｃ＋ｄ）Ｎ（０≦ｃ＜１、０≦ｄ≦１、０≦ｃ＋ｄ≦１）であり、
前記第３の窒化物半導体層は、ＡｌｅＩｎｆＧａ１−（ｅ＋ｆ）Ｎ（０≦ｅ＜１、０≦ｆ≦１、０≦ｅ＋ｆ≦１）であり、
前記第４の窒化物半導体層は、ＡｌｇＩｎｈＧａ１−（ｇ＋ｈ）Ｎ（０≦ｇ＜１、０≦ｈ≦１、０≦ｇ＋ｈ≦１）であり、
前記第２の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーは、前記第４の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギー以上、かつＡｌＮのバンドギャップエネルギーよりも小さく、
前記第４の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーは、前記第１の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、
前記第１の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーは、前記第３の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、
前記第２の窒化物半導体層と前記第３の窒化物半導体層との界面における価電子帯準位は、フェルミ準位よりも低いことを特徴とする、ヘテロ接合電界効果型トランジスタ。
【請求項２】
前記第４の窒化物半導体層上の予め定められた領域であって、前記第４の窒化物半導体層に対してショットキー接触するように形成されたゲート電極と、
前記第４の窒化物半導体層上であって、前記第４の窒化物半導体層に対してオーミック接触するように前記ゲート電極の一方側と他方側とに各々形成されたソース電極およびドレイン電極と、
前記第４の窒化物半導体層の表面から前記第１の窒化物半導体層に渡って形成された素子分離領域と、
をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のヘテロ接合電界効果型トランジスタ。
【請求項３】
前記第１の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーと前記第３の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーとの差は、０．１７ｅＶ以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載のヘテロ接合電界効果型トランジスタ。
【請求項４】
前記第２の窒化物半導体層の膜厚は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のヘテロ接合電界効果型トランジスタ。
【請求項５】
前記第２の窒化物半導体層は、ＡｌｍＧａ１−ｍＮ（０≦ｍ＜１）であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のヘテロ接合電界効果型トランジスタ。
【請求項６】
前記第１の窒化物半導体層は、ＡｌｎＧａ１−ｎＮ（０＜ｎ≦０．０７３）であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のヘテロ接合電界効果型トランジスタ。
【請求項７】
前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との界面における伝導帯準位は、フェルミ準位よりも高いことを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載のヘテロ接合電界効果型トランジスタ。
【請求項８】
前記第３の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーは、ＧａＮのバンドギャップエネルギー以上であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載のヘテロ接合電界効果型トランジスタ。
【請求項９】
前記第３の窒化物半導体層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載のヘテロ接合電界効果型トランジスタ。
【請求項１０】
前記第３の窒化物半導体層は、ＧａＮであることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載のヘテロ接合電界効果型トランジスタ。
【請求項１１】
窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法であって、
（ａ）基板上にバッファ層である第１の窒化物半導体層を形成する工程と、
（ｂ）前記第１の窒化物半導体層上に障壁層である第２の窒化物半導体層を形成する工程と、
（ｃ）前記第２の窒化物半導体層上にチャネル層である第３の窒化物半導体層を形成する工程と、
（ｄ）前記第３の窒化物半導体層上に電子供給層である第４の窒化物半導体層を形成する工程と、
を備え、
前記第１の窒化物半導体層は、ＡｌａＩｎｂＧａ１−（ａ＋ｂ）Ｎ（０≦ａ＜１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）であり、
前記第２の窒化物半導体層は、ＡｌｃＩｎｄＧａ１−（ｃ＋ｄ）Ｎ（０≦ｃ＜１、０≦ｄ≦１、０≦ｃ＋ｄ≦１）であり、
前記第３の窒化物半導体層は、ＡｌｅＩｎｆＧａ１−（ｅ＋ｆ）Ｎ（０≦ｅ＜１、０≦ｆ≦１、０≦ｅ＋ｆ≦１）であり、
前記第４の窒化物半導体層は、ＡｌｇＩｎｈＧａ１−（ｇ＋ｈ）Ｎ（０≦ｇ＜１、０≦ｈ≦１、０≦ｇ＋ｈ≦１）であり、
前記第２の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーは、前記第４の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギー以上、かつＡｌＮのバンドギャップエネルギーよりも小さく、
前記第４の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーは、前記第１の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、
前記第１の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーは、前記第３の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、
前記第２の窒化物半導体層と前記第３の窒化物半導体層との界面における価電子帯準位は、フェルミ準位よりも低いことを特徴とする、ヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物を含む半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体を用いたＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）は、高破壊電界かつ高電子移動度という特長を有しており、高周波・高出力で動作するデバイスとして期待されている。従来の窒化物を含む半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタにおいて、高周波化に伴いゲート長の微細化が必要になると、ゲートによる二次元電子ガスの変調効果が低下する、いわゆる短チャンネル効果が発生する（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
上記の短チャンネル効果を抑制するためには、二次元電子ガスの閉じ込めを高めるエピタキシャル構造が効果的であり、Ａｌｘ１Ｇａ１-ｘ１Ｎ電子供給層／ＧａＮチャネル層からなる窒化物半導体を含むヘテロ接合電界効果型トランジスタにおいて、Ａｌｘ１Ｇａ１-ｘ１Ｎ電子供給層のバンドギャップエネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギーを有するＡｌｘ２Ｇａ１-ｘ２Ｎ（１≧ｘ１＞ｘ２＞０）からなる障壁層をＧａＮチャネル層の下層に設けることによって、二次元電子ガスの閉じ込めを向上させる構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、基板上に形成された窒化物半導体からなるバッファ層、障壁層、チャネル層、および電子供給層を順次積層してなるヘテロ接合電界効果型トランジスタにおいて、障壁層をＡｌＮにすることによって、二次元電子ガスの閉じ込めを向上させる構造が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３６９４６４号公報
【特許文献２】特開２０１３−１４９７３２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】L.Klay他、”Short-channel effects in AlGaN/GaN HEMTs”、Materials Science and Engineering B82、2001、p.p.238-240
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、Ａｌｘ１Ｇａ１-ｘ１Ｎ／ＧａＮ／Ａｌｘ２Ｇａ１-ｘ２Ｎ（１≧ｘ１＞ｘ２＞０）の構造とすることで二次元電子ガスの閉じ込めが向上し、短チャンネル効果は抑制されている。しかし、キャリア閉じ込めの障壁層として形成されたＡｌＧａＮ層が３元であるため、キャリアは合金散乱を受けて移動度が低下し、電流値の減少や高周波特性の低下といった問題があった。
【０００８】
また、特許文献２では、チャネル層と障壁層との界面において高濃度の二次元正孔ガスが生じ、高濃度の正孔によってインパクトイオン化が引き起こされやすくなり、耐圧の低下、ドレイン電流−電圧特性におけるキンクの発生、またはパルス特性の劣化といった問題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、二次元電子ガスの閉じ込めを向上させかつ移動度を改善し、高電圧・高周波で動作することが可能なヘテロ接合電界効果型トランジスタおよびその製造方法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】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明によるヘテロ接合電界効果型トランジスタは、窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタであって、基板上に形成されたバッファ層である第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層上に形成された障壁層である第２の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層上に形成されたチャネル層である第３の窒化物半導体層と、第３の窒化物半導体層上に形成された電子供給層である第４の窒化物半導体層とを備え、第１の窒化物半導体層は、ＡｌａＩｎｂＧａ１−（ａ＋ｂ）Ｎ（０≦ａ＜１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）であり、第２の窒化物半導体層は、ＡｌｃＩｎｄＧａ１−（ｃ＋ｄ）Ｎ（０≦ｃ＜１、０≦ｄ≦１、０≦ｃ＋ｄ≦１）であり、第３の窒化物半導体層は、ＡｌｅＩｎｆＧａ１−（ｅ＋ｆ）Ｎ（０≦ｅ＜１、０≦ｆ≦１、０≦ｅ＋ｆ≦１）であり、第４の窒化物半導体層は、ＡｌｇＩｎｈＧａ１−（ｇ＋ｈ）Ｎ（０≦ｇ＜１、０≦ｈ≦１、０≦ｇ＋ｈ≦１）であり、第２の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーは、第４の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギー以上、かつＡｌＮのバンドギャップエネルギーよりも小さく、第４の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーは、第１の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、第１の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーは、第３の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、第２の窒化物半導体層と第３の窒化物半導体層との界面における価電子帯準位は、フェルミ準位よりも低いことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法は、窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法であって、（ａ）基板上にバッファ層である第１の窒化物半導体層を形成する工程と、（ｂ）第１の窒化物半導体層上に障壁層である第２の窒化物半導体層を形成する工程と、（ｃ）第２の窒化物半導体層上にチャネル層である第３の窒化物半導体層を形成する工程と、（ｄ）第３の窒化物半導体層上に電子供給層である第４の窒化物半導体層を形成する工程とを備え、第１の窒化物半導体層は、ＡｌａＩｎｂＧａ１−（ａ＋ｂ）Ｎ（０≦ａ＜１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）であり、第２の窒化物半導体層は、ＡｌｃＩｎｄＧａ１−（ｃ＋ｄ）Ｎ（０≦ｃ＜１、０≦ｄ≦１、０≦ｃ＋ｄ≦１）であり、第３の窒化物半導体層は、ＡｌｅＩｎｆＧａ１−（ｅ＋ｆ）Ｎ（０≦ｅ＜１、０≦ｆ≦１、０≦ｅ＋ｆ≦１）であり、第４の窒化物半導体層は、ＡｌｇＩｎｈＧａ１−（ｇ＋ｈ）Ｎ（０≦ｇ＜１、０≦ｈ≦１、０≦ｇ＋ｈ≦１）であり、第２の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーは、第４の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギー以上、かつＡｌＮのバンドギャップエネルギーよりも小さく、第４の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーは、第１の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、第１の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーは、第３の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、第２の窒化物半導体層と第３の窒化物半導体層との界面における価電子帯準位は、フェルミ準位よりも低いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、ヘテロ接合電界効果型トランジスタは、窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタであって、基板上に形成されたバッファ層である第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層上に形成された障壁層である第２の窒化物半導体層と、第２の窒化物半導体層上に形成されたチャネル層である第３の窒化物半導体層と、第３の窒化物半導体層上に形成された電子供給層である第４の窒化物半導体層とを備え、第１の窒化物半導体層は、ＡｌａＩｎｂＧａ１−（ａ＋ｂ）Ｎ（０≦ａ＜１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）であり、第２の窒化物半導体層は、ＡｌｃＩｎｄＧａ１−（ｃ＋ｄ）Ｎ（０≦ｃ＜１、０≦ｄ≦１、０≦ｃ＋ｄ≦１）であり、第３の窒化物半導体層は、ＡｌｅＩｎｆＧａ１−（ｅ＋ｆ）Ｎ（０≦ｅ＜１、０≦ｆ≦１、０≦ｅ＋ｆ≦１）であり、第４の窒化物半導体層は、ＡｌｇＩｎｈＧａ１−（ｇ＋ｈ）Ｎ（０≦ｇ＜１、０≦ｈ≦１、０≦ｇ＋ｈ≦１）であり、第２の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーは、第４の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギー以上、かつＡｌＮのバンドギャップエネルギーよりも小さく、第４の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーは、第１の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、第１の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーは、第３の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、第２の窒化物半導体層と第３の窒化物半導体層との界面における価電子帯準位は、フェルミ準位よりも低いため、二次元電子ガスの閉じ込めを向上させかつ移動度を改善し、高電圧・高周波で動作することが可能となる。
【００１３】
また、ヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法は、窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法であって、（ａ）基板上にバッファ層である第１の窒化物半導体層を形成する工程と、（ｂ）第１の窒化物半導体層上に障壁層である第２の窒化物半導体層を形成する工程と、（ｃ）第２の窒化物半導体層上にチャネル層である第３の窒化物半導体層を形成する工程と、（ｄ）第３の窒化物半導体層上に電子供給層である第４の窒化物半導体層を形成する工程とを備え、第１の窒化物半導体層は、ＡｌａＩｎｂＧａ１−（ａ＋ｂ）Ｎ（０≦ａ＜１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）であり、第２の窒化物半導体層は、ＡｌｃＩｎｄＧａ１−（ｃ＋ｄ）Ｎ（０≦ｃ＜１、０≦ｄ≦１、０≦ｃ＋ｄ≦１）であり、第３の窒化物半導体層は、ＡｌｅＩｎｆＧａ１−（ｅ＋ｆ）Ｎ（０≦ｅ＜１、０≦ｆ≦１、０≦ｅ＋ｆ≦１）であり、第４の窒化物半導体層は、ＡｌｇＩｎｈＧａ１−（ｇ＋ｈ）Ｎ（０≦ｇ＜１、０≦ｈ≦１、０≦ｇ＋ｈ≦１）であり、第２の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーは、第４の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギー以上、かつＡｌＮのバンドギャップエネルギーよりも小さく、第４の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーは、第１の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、第１の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーは、第３の窒化物半導体層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、第２の窒化物半導体層と第３の窒化物半導体層との界面における価電子帯準位は、フェルミ準位よりも低いため、二次元電子ガスの閉じ込めを向上させかつ移動度を改善し、高電圧・高周波で動作することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの構造の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態によるキャリア濃度の分布の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態による第１の窒化物半導体層と第３の窒化物半導体層とのバンドギャップエネルギー差と、電子および正孔のピーク濃度との関係の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態による第１の窒化物半導体層と第３の窒化物半導体層とのバンドギャップエネルギー差と、電子および正孔のピーク濃度との関係の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態によるキャリア濃度の分布の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態による第２の窒化物半導体層の膜厚と、正孔のピーク濃度との関係の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態による第１の窒化物半導体層のＡｌ組成と、電子および正孔のピーク濃度との関係の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態による第１の窒化物半導体層のＡｌ組成と、電子および正孔のピーク濃度との関係の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの構造の他の一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの構造の他の一例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの構造の他の一例を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの構造の他の一例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの構造の他の一例を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの構造の他の一例を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの構造の他の一例を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの構造の他の一例を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの構造の他の一例を示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す図である。
【図１９】本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す図である。
【図２２】本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す図である。
【図２３】本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す図である。
【図２４】本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す図である。
【図２５】本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す図である。
【図２６】本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す図である。
【図２７】本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す図である。
【図２８】本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す図である。
【図２９】本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す図である。
【図３０】前提技術によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの構造の一例を示す図である。
【図３１】前提技術によるキャリア濃度の分布の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。
【００１６】
＜前提技術＞
まず、本発明の前提となる技術（前提技術）について説明する。
【００１７】
図３０は、前提技術によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの構造の一例を示す図である。なお、図３０に示す構造は、特許文献２に示されるヘテロ接合電界効果型トランジスタの構造に対応している。
【００１８】
図３０に示すように、前提技術によるヘテロ接合電界効果型トランジスタは、半絶縁性ＳｉＣ基板２０上に形成されたＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなるバッファ層２１と、バッファ層２１上に形成されたＡｌＮからなるＡｌＮ障壁層２２と、ＡｌＮ障壁層２２上に形成され、バッファ層２１およびＡｌＮ障壁層２２よりも小さいバンドギャップを有するＧａＮからなるチャネル層２３と、チャネル層２３上に形成され、当該チャネル層２３よりも大きいバンドギャップを有するＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる電子供給層２４とを備えている。
【００１９】
また、電子供給層２４の表面上には、ショットキー電極として形成されたＮｉ／Ａｕからなるゲート電極２７と、当該ゲート電極２７を挟んで対向するようにオーミック電極として形成されたＴｉ／Ａｌからなるソース電極２５およびドレイン電極２６とを備えている。また、素子分離領域２８は、隣接するヘテロ接合型電界効果トランジスタを分離するために設けられた領域である。また、電子供給層２４の表面上のソース電極２５、ドレイン電極２６、ゲート電極２７以外には、絶縁膜２９が覆うように形成されている。
【００２０】
図３１は、図３０に示されたエピタキシャル構造であるＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ／ＧａＮ／ＡｌＮ／Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ構造におけるバンド構造とキャリア分布との関係を、一次元バンド計算シミュレータソフトを用いて計算した結果を示している。ここで、バッファ層２１はＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎで膜厚３００ｎｍ、ＡｌＮ障壁層２２はＡｌＮで膜厚１ｎｍ、チャネル層２３はＧａＮで膜厚１２０ｎｍ、電子供給層２４はＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎで膜厚３０ｎｍとし、各窒化物半導体層のキャリア濃度は１×１０１６ｃｍ−３とし、電子供給層２４の表面ピニングエネルギーを１．４２ｅＶとして計算した。
【００２１】
図３１に示すように、図３０に示す各窒化物半導体層の中で最もバンドギャップが大きいＡｌＮ障壁層２２をチャネル層２３の直下層として形成することによって、二次元電子ガス３０の分布は、電子供給層２４とチャネル層２３との界面近くにほぼ全体が閉じ込められる。この二次元電子ガス３０の閉じ込めが向上することによって、ゲート電極２７のゲート長が短くなっても、ゲート電極２７による二次元電子ガス３０の変調制御が可能となり（すなわち、短チャンネル効果が抑制され）、効率向上も含めた高周波領域でのトランジスタ特性の向上が可能となる。
【００２２】
しかし、前提技術では、図３１に示すように、チャネル層２３とＡｌＮ障壁層２２との界面において価電子帯準位（Ｅｖ）がフェルミ準位（Ｅｆ）より高くなっているため、二次元正孔ガス３１が高濃度（ピーク濃度約１×１０１９ｃｍ−３）で形成されることを見出した。この高濃度の正孔によってインパクトイオン化が引き起こされやすくなり、耐圧の低下、ドレイン電流−電圧特性におけるキンクの発生、またはパルス特性の劣化などの問題が生じる。本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、以下に詳細に説明する。
【００２３】
＜実施の形態＞
＜構成＞
まず、本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの構成について説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの構造の一例を示す図である。
【００２５】
図１に示すように、本実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタは、半絶縁性ＳｉＣ基板１上に形成されたＡｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなる第１の窒化物半導体層２（バッファ層）と、第１の窒化物半導体層２上に形成されたＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる第２の窒化物半導体層３（障壁層）と、第２の窒化物半導体層３上に形成され、第１の窒化物半導体層２および第２の窒化物半導体層３よりも小さいバンドギャップを有するＧａＮからなる第３の窒化物半導体層４（チャネル層）と、第３の窒化物半導体層４上に形成され、当該第３の窒化物半導体層４よりも大きいバンドギャップを有するＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる第４の窒化物半導体層５（電子供給層）を備えている。
【００２６】
また、第４の窒化物半導体層５の表面上には、ショットキー電極として形成されたＮｉ／Ａｕからなるゲート電極８（第２の窒化物半導体層５に対してショットキー接触する）と、当該ゲート電極８を挟んで対向するようにオーミック電極として形成されたＴｉ／Ａｌからなるソース電極６およびドレイン電極７（第４の窒化物半導体層５に対してオーミック接触する）とを備えている。また、素子分離領域９は、隣接するヘテロ接合型電界効果トランジスタを分離するために設けられた領域である。また、第４の窒化物半導体層５の表面上のソース電極６、ドレイン電極７、ゲート電極８以外には、絶縁膜１０が覆うように形成されている。
【００２７】
図２は、図１に示されたエピタキシャル構造であるＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ／ＧａＮ／Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ／Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ構造におけるバンド構造とキャリア分布との関係を、一次元バンド計算シミュレータソフトを用いて計算した結果を示している。ここで、第１の窒化物半導体層２はＡｌ０．０３Ｇａ０．７５Ｎで膜厚３００ｎｍ、第２の窒化物半導体層３はＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎで膜厚１ｎｍ、第３の窒化物半導体層４はＧａＮで膜厚１２０ｎｍ、第４の窒化物半導体層５はＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎで膜厚３０ｎｍとし、各窒化物半導体層のキャリア濃度は１×１０１６ｃｍ−３とし、第４の窒化物半導体層５の表面ピニングエネルギーを１．４２ｅＶとして計算した。
【００２８】
図２に示すように、図１の各窒化物半導体層を構成する４層の窒化物半導体層のうちの最もバンドギャップが大きい第２の窒化物半導体層３のバンドギャップを、第４の窒化物半導体層５のバンドギャップ以上かつＡｌＮよりも小さくし、さらに第１の窒化物半導体層２のバンドギャップを小さくする。その結果、図３１の場合と同様に二次元電子ガス１１の分布は、第４の窒化物半導体層５と第３の窒化物半導体層４との界面近くにほぼ全体が閉じ込められる。さらに、第１の窒化物半導体層２のバンドギャップを僅かに小さくすることによって、第３の窒化物半導体層４と第２の窒化物半導体層３との界面における価電子帯準位は、フェルミ準位より低くなっているため、二次元正孔ガスが発生しない。従って、高濃度の正孔によるインパクトイオン化は引き起こされず、耐圧の低下、ドレイン電流−電圧特性におけるキンクの発生、またはパルス特性の劣化などの問題を解決することが可能となる。
【００２９】
上記のような構成とすることによって、二次元電子ガス１１の閉じ込めを向上させ、かつヘテロ接合電界効果型トランジスタの耐圧を向上させることができる。また、ドレイン電流−電圧特性およびパルス特性を改善させることができ、ヘテロ接合電界効果型トランジスタを高電圧および高周波で動作させることが可能となる。
【００３０】
図３，４は、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ／ＧａＮ／Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ／ＡｌｈＧａ１−ｈＮ構造における第１の窒化物半導体層２と第３の窒化物半導体層４とのバンドギャップ差に対する、第２の窒化物半導体層３と第３の窒化物半導体層４との界面において生じる二次元正孔ガスのピーク濃度の依存性と、第３と第４の窒化物半導体層界面に生じる二次元電子ガスのピーク濃度の依存性とを各々示したものである。ここで、第１の窒化物半導体層２をＡｌｈＧａ１−ｈＮで膜厚３００ｎｍ、第２の窒化物半導体層３をＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎで膜厚１ｎｍ、第３の窒化物半導体層４をＧａＮで膜厚１２０ｎｍ、第４の窒化物半導体層５をＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎで膜厚３０ｎｍとし、第１の窒化物半導体層２のバンドギャップは第３の窒化物半導体層４のバンドギャップ以上とし、各窒化物半導体層のキャリア濃度は１×１０１６ｃｍ−３とし、第４の窒化物半導体層５の表面ピニングエネルギーを１．４２ｅＶとして電子と正孔のピーク濃度を計算した。
【００３１】
図３に示すように、第１の窒化物半導体層２のバンドギャップエネルギーが第３の窒化物半導体層４のバンドギャップエネルギーよりも大きくなると、正孔のピーク濃度が増加する。すなわち、第２の窒化物半導体層３と第３の窒化物半導体層４との界面において、価電子帯準位がフェルミ準位よりも高くなっていることを示している。ここでは、第３の窒化物半導体層４をＧａＮとした例で示しているため、第１の窒化物半導体層２と第３の窒化物半導体層４とのバンドギャップエネルギー差が増加するということは、第１の窒化物半導体層２のバンドギャップが増加することを意味する。
【００３２】
図３，４に示す構造では、二次元電子ガス１１のピーク濃度はほぼ一定で約３×１０１９ｃｍ−３である。従って、正孔のピーク濃度を３×１０１９ｃｍ−３以下とするためには、図４に示すように第１の窒化物半導体層２と第３の窒化物半導体層４とのバンドギャップエネルギー差を０．１７ｅＶ以下とする必要がある。
【００３３】
図５は、第１の窒化物半導体層２と第３の窒化物半導体層４とのバンドギャップエネルギー差が０、すなわち、第１の窒化物半導体層２および第３の窒化物半導体層４が同じ窒化物半導体からなる場合（ここではＧａＮの場合）におけるバンド構造とキャリア分布との関係を、一次元バンド計算シミュレータソフトを用いて計算した結果を示している。
【００３４】
図５に示すように、第１の窒化物半導体層２と第２の窒化物半導体層３との界面にも二次元電子ガスが生じてダブルチャネル構造となり、リーク電流の増加、あるいは耐圧の低下が生じるため望ましくない。従って、ダブルチャネルが形成されないように、すなわち、第１の窒化物半導体層２と第２の窒化物半導体層３との界面に二次元電子ガスが生じないように、第１の窒化物半導体層２のバンドギャップを第３の窒化物半導体層４のバンドギャップよりも大きくする必要があり、第１の窒化物半導体層２と第３の窒化物半導体層４とのバンドギャップエネルギー差は、０．００ｅＶよりも大きくする必要がある。
【００３５】
図６は、第１の窒化物半導体層２をＡｌＧａＮで膜厚３００ｎｍ、第２の窒化物半導体層３をＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ、第３の窒化物半導体層４をＧａＮで膜厚１２０ｎｍ、第４の窒化物半導体層５をＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎで膜厚３０ｎｍ、さらに第１の窒化物半導体層２のバンドギャップを第３の窒化物半導体層４よりも０.０７ｅＶ大きくした場合における、第２の窒化物半導体層３の膜厚に対する正孔のピーク濃度の依存性を示したものである。
【００３６】
図６に示すように、第２の窒化物半導体層３の膜厚を厚くすると正孔のピーク濃度は増加する。第２の窒化物半導体層３の膜厚をさらに厚くすると、第２の窒化物半導体層３と第１の窒化物半導体層２との界面における伝導帯準位がフェルミ準位よりも低くなり、第２の窒化物半導体層３と第１の窒化物半導体層２との間においてキャリア（電子）が発生して当該キャリア濃度が増加するためダブルチャネル構造となり、リーク電流の増加、耐圧の低下が生じるため望ましくない。従って、第２の窒化物半導体層３の膜厚は１ｎｍ以上１０ｎｍ以下とすることが望ましい。また、第２の窒化物半導体層３は、当該第２の窒化物半導体層３の上下層である第１の窒化物半導体層２および第３の窒化物半導体層４とのバンドギャップエネルギーの差が大きいため、第２の窒化物半導体層３の膜厚は、前記膜厚範囲１ｎｍ以上１０ｎｍ以下のうちでも小さい（膜厚が薄い）方が急激なバンドギャップ差を生じさせることができるためさらに望ましい。このような構造とすることによって、第２の窒化物半導体層３と第１の窒化物半導体層２との界面における伝導帯準位がフェルミ準位よりも高くなるため、ダブルチャネル構造の形成を防ぎ、リーク電流の増加、耐圧の低下の発生を防ぐことができる。
【００３７】
図１では、第２の窒化物半導体層３としてＩｎを含まないＡｌｍＧａ１−ｍＮ（図１では、Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ）で構成したトランジスタ構造を示している。上述の通り、第２の窒化物半導体層３の膜厚は、正孔の発生を抑制し、かつダブルチャネル構造を形成しないためにも薄い方が望ましい。Ｉｎを含む窒化物半導体は、Ｉｎを含まないＡｌＧａＮに比べて成長温度が低いため、例えば膜厚１ｎｍ〜１０ｎｍといった薄い膜厚で均一な膜質を作製することは難しい。そこで、第２の窒化物半導体層３をＩｎを含まないＡｌｍＧａ１−ｍＮで構成することによって、膜厚１ｎｍ〜１０ｎｍで均一な膜質の第２の窒化物半導体層３を作製することが可能となる。このとき、第２の窒化物半導体層３のバンドギャップは、第４の窒化物半導体層５のバンドギャップエネルギー以上であり、かつＡｌＮよりも小さいため、Ａｌ組成ｍは０≦ｍ＜１となる。
【００３８】
図７，８は、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ／ＧａＮ／Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ／ＡｌｎＧａ１−ｎＮ構造における、第１の窒化物半導体層２のＡｌ組成ｎに対する、第２の窒化物半導体層３と第３の窒化物半導体層４との界面において生じる二次元正孔ガスのピーク濃度の依存性と、第３の窒化物半導体層４と第４の窒化物半導体層５との界面において生じる二次元電子ガスのピーク濃度依存性とを示したものである。ここで、第１の窒化物半導体層２をＡｌｈＧａ１−ｈＮで膜厚３００ｎｍ、第２の窒化物半導体層３をＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎで膜厚１ｎｍ、第３の窒化物半導体層４をＧａＮで膜厚１２０ｎｍ、第４の窒化物半導体層５をＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎで膜厚３０ｎｍとし、第１の窒化物半導体層２のバンドギャップは第３の窒化物半導体層４のバンドギャップ以上とし、各窒化物半導体層のキャリア濃度は１×１０１６ｃｍ−３とし、第４の窒化物半導体層５の表面ピニングエネルギーを１．４２ｅＶとして電子と正孔のピーク濃度を計算した。
【００３９】
図７に示すように、第１の窒化物半導体層２のＡｌ組成が増加すると、正孔のピーク濃度が増加する。すなわち、第２の窒化物半導体層３と第３の窒化物半導体層４の界面において、価電子帯準位がフェルミ準位よりも高くなっていることを示している。
【００４０】
図７，８で示した構造では、二次元電子ガス１１のピーク濃度はほぼ一定で約３×１０１９ｃｍ−３である。従って、正孔のピーク濃度を３×１０１９ｃｍ−３以下にするには、図８に示すように、第１の窒化物半導体層２のＡｌ組成を０.０７３以下（ｎ≦０．０７３）にすることが必要である。
【００４１】
また、Ａｌ組成がｎ＝０の場合、すなわち第１の窒化物半導体層２と第３の窒化物半導体層４とのバンドギャップエネルギーが同じ（第１の窒化物半導体層２と第３の窒化物半導体層４が同じ窒化物半導体からなる場合であり、ここではＧａＮの場合）、第１の窒化物半導体層２と第２の窒化物半導体層３の界面にも二次元電子ガスが生じてダブルチャネル構造となり、リーク電流の増加や耐圧の低下が生じるため望ましくない。従って、ダブルチャネルが形成されないように、すなわち、第１の窒化物半導体層２と第２の窒化物半導体層３との界面において二次元電子ガスが生じないように、第１の窒化物半導体層２のバンドギャップを第３の窒化物半導体層４のバンドギャップよりも大きくする必要がある。第２の窒化物半導体層３のＡｌ組成がｎ＞０ではダブルチャネルを形成しないため、第２の窒化物半導体層３のＡｌ組成はｎ＞０である必要がある。
【００４２】
上記の図５では、第１の窒化物半導体層２のバンドギャップが第３の窒化物半導体層４のバンドギャップと同じになった場合に、第１の窒化物半導体層２と第２の窒化物半導体層３との界面にキャリアが発生するダブルチャネル構造を形成してトランジスタの特性を悪化させることについて説明した。これに対して、第２の窒化物半導体層３のバンドギャップエネルギーは第４の窒化物半導体層５のバンドギャップエネルギー以上であり、第４の窒化物半導体層５は第１の窒化物半導体層２よりもバンドギャップエネルギーが大きく、第１の窒化物半導体層２は第３の窒化物半導体層４よりもバンドギャップエネルギーが大きく、第２の窒化物半導体層３と第３の窒化物半導体層４との界面における価電子帯準位はフェルミ準位よりも低く、第１の窒化物半導体層２と第２の窒化物半導体層３との界面における伝導体準位をフェルミ準位よりも高くするという条件を満たすことによって、正孔を発生せずかつダブルチャネル構造を形成しないようにすることが可能となる。
【００４３】
窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタは、チャネル層に用いる半導体材料の絶縁破壊電界が高いほど耐圧が高くなる。従って、本実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタにおいて、第２の窒化物半導体層３のバンドギャップエネルギーは第４の窒化物半導体層５のバンドギャップエネルギー以上であり、第４の窒化物半導体層５は第１の窒化物半導体層２よりもバンドギャップエネルギーが大きく、第１の窒化物半導体層２は第３の窒化物半導体層４よりもバンドギャップエネルギーが大きく、第２の窒化物半導体層３と第３の窒化物半導体層４との界面における価電子帯準位はフェルミ準位よりも低くするという条件を満たした上で、第３の窒化物半導体層４のバンドギャップエネルギーがＧａＮのバンドギャップエネルギー以上となるように、第３の窒化物半導体層４をＡｌｘＩｎｙＧａ１−（ｘ＋ｙ）ＮのＡｌ、Ｉｎ、Ｇａの組成を決めた構造とすることによって、第３の窒化物半導体層４がＧａＮである場合の効果に加えてさらなる高耐圧化が可能になる。
【００４４】
さらに、Ｉｎを含む窒化物半導体層は、Ｉｎを含まない窒化物半導体層に比べて成長温度を低くする必要がある。従ってＩｎを含む、第３の窒化物半導体層４を形成し、その上にＩｎを含まない第４の窒化物半導体層５を形成する場合、第４の窒化物半導体層５の形成時に成長温度を上げる必要があるため、第３の窒化物半導体層４表面の原子（例えばＩｎ）の離脱が起こり空孔が形成されることによって第４の窒化物半導体層５との界面に欠陥が形成され、移動度の低減、リーク電流の増加といったトランジスタ特性を悪化させる。そこで、第３の窒化物半導体層４にＩｎを含まないＡｌｘＧａ１−ｘＮのＡｌ、Ｇａの組成を決めた構造とすることによって、高耐圧化の効果に加えて良好なチャネル界面の形成が可能となる。
【００４５】
また、第３の窒化物半導体層４を３元合金のＡｌｘＧａ１−ｘＮから２元合金のＧａＮに構成することによって、合金散乱を低減することができ、さらに結晶性も向上するため、良好なチャネルを形成することが可能となり、キャリアの移動度の向上、電流値の増加、相互コンダクタンスが向上することによって、高出力・高周波特性を向上させることが可能となる。
【００４６】
なお、上記では、本実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの代表的な構造（図１参照）について説明したが、下記に示すような各構造にしても同様の効果が得られる。以下、本実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの各変形例（変形例１〜１５）について説明する。
【００４７】
＜変形例１＞
図１では、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ／ＧａＮ／Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ／Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ構造の場合について説明したが、これに限るものではない。第２の窒化物半導体層３のバンドギャップエネルギーは第４の窒化物半導体層５のバンドギャップエネルギー以上であり、第４の窒化物半導体層５は第１の窒化物半導体層２よりもバンドギャップエネルギーが大きく、第１の窒化物半導体層２は第３の窒化物半導体層４よりもバンドギャップエネルギーが大きく、第２の窒化物半導体層３と第３の窒化物半導体層４との界面における価電子帯準位はフェルミ準位よりも低くなるように、第１の窒化物半導体層２、第２の窒化物半導体層３、第３の窒化物半導体層４、第４の窒化物半導体層５の各窒化物半導体層を形成するＡｌｘＩｎｙＧａ１−（ｘ＋ｙ）ＮのＡｌ、Ｉｎ、Ｇａの組成を決めた構造とした場合であっても、上記と同様の効果が得られる。
【００４８】
＜変形例２＞
図３，４では、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ／ＧａＮ／Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ／ＡｌｈＧａ１−ｈＮ構造の場合について説明したが、これに限るものではない。第２の窒化物半導体層３のバンドギャップエネルギーは第４の窒化物半導体層５のバンドギャップエネルギー以上であり、第４の窒化物半導体層５は第１の窒化物半導体層２よりもバンドギャップエネルギーが大きく、第１の窒化物半導体層２のバンドギャップエネルギーは第３の窒化物半導体層４のバンドギャップエネルギーよりも大きくかつ第３の窒化物半導体層４のバンドギャップエネルギーとの差が０.１７ｅＶ以下となるようにし、第２の窒化物半導体層３と第３の窒化物半導体層４との界面における価電子帯準位はフェルミ準位よりも低くなるように、第１の窒化物半導体層２、第２の窒化物半導体層３、第３の窒化物半導体層４、第４の窒化物半導体層５の各窒化物半導体層を形成するＡｌｘＩｎｙＧａ１−（ｘ＋ｙ）ＮのＡｌ、Ｉｎ、Ｇａの組成を決めた構造とした場合であっても、上記と同様の効果が得られる。
【００４９】
＜変形例３＞
図６では、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ／ＧａＮ／Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ／ＡｌＧａＮ構造において、第１の窒化物半導体層２と第３の窒化物半導体層４とのバンドギャップエネルギー差を０.０７ｅＶとして説明したが、これに限るものではない。第２の窒化物半導体層３のバンドギャップエネルギーは第４の窒化物半導体層５のバンドギャップエネルギー以上であり、第４の窒化物半導体層５は第１の窒化物半導体層２よりもバンドギャップエネルギーが大きく、第１の窒化物半導体層２は第３の窒化物半導体層４よりもバンドギャップエネルギーが大きく、第２の窒化物半導体層３の膜厚を１ｎｍ以上１０ｎｍ以下とし、第２の窒化物半導体層３と第３の窒化物半導体層４との界面における価電子帯準位はフェルミ準位よりも低くなるように、第１の窒化物半導体層２、第２の窒化物半導体層３、第３の窒化物半導体層４、第４の窒化物半導体層５の各窒化物半導体層を形成するＡｌｘＩｎｙＧａ１−（ｘ＋ｙ）ＮのＡｌ、Ｉｎ、Ｇａの組成を決めた構造とした場合であっても、上記と同様の効果が得られる。
【００５０】
＜変形例４＞
図１では、第３の窒化物半導体層４を２元合金のＧａＮ層とすることによって、合金散乱を低減することができたが、図９に示すように、第３の窒化物半導体層４と第４の窒化物半導体層５との間にＡｌＮ層１２を形成した構造とすることによって、合金散乱をさらに低減することができ、キャリアの移動度の向上、電流値の増加、相互コンダクタンスが向上し、高出力・高周波特性を向上させることが可能となる。
【００５１】
＜変形例５＞
第２の窒化物半導体層３のバンドギャップエネルギーは第４の窒化物半導体層５のバンドギャップエネルギー以上であり、第４の窒化物半導体層５は第１の窒化物半導体層２よりもバンドギャップエネルギーが大きく、第１の窒化物半導体層２は第３の窒化物半導体層４よりもバンドギャップエネルギーが大きく、第２の窒化物半導体層３と第３の窒化物半導体層４との界面における価電子帯準位はフェルミ準位よりも低くなるように、第１の窒化物半導体層２、第２の窒化物半導体層３、第３の窒化物半導体層４、第４の窒化物半導体層５の各窒化物半導体層を形成するＡｌｘＩｎｙＧａ１−（ｘ＋ｙ）ＮのＡｌ、Ｉｎ、Ｇａの組成を決めた構造に対して、第４の窒化物半導体層５上に当該第４の窒化物半導体層５よりもバンドギャップが小さい第５の窒化物半導体層１３を形成した構造（図１０参照）とすることによって、ゲートリーク電流を改善することができる。例えば、ＡｌｘＧａ１-ｘＮ(０＜ｘ＜１)からなる第４の窒化物半導体層５の表面上にショットキー特性を有するゲート金属を形成したゲート構造では、半導体/金属接合の障壁高さが低く、ゲート金属からＡｌｘＧａ１-ｘＮに電子が移動し、ゲートリーク電流が流れやすい。そこで、ＡｌｘＧａ１-ｘＮとゲート金属との間にＡｌｘＧａ１-ｘＮより分極の小さい、例えばＧａＮ層を第４の窒化物半導体層５とゲート金属との間に形成する、すなわち、第４の窒化物半導体層５上に第４の窒化物半導体層５よりバンドギャップが小さい第５の窒化物半導体層１３を形成した構造を用いて実効的に障壁高さを高めることによって、ゲートリーク電流を改善することができる。
【００５２】
＜変形例６＞
図１における半絶縁性ＳｉＣ基板１は、ＳｉＣに代えて、Ｓｉ、サファイア、ＧａＮ、ＡｌＮ等でもあってもよい。
【００５３】
＜変形例７＞
図１に示すソース電極６およびドレイン電極７の下側であって少なくとも一部の窒化物半導体層内において、例えば図１１に示すように、窒化物半導体にとってｎ型不純物となるＳｉが高濃度にドーピングされた領域である高濃度ｎ型不純物領域１４が形成されていてもよい。このような構造とすることによって、ソース電極６およびドレイン電極７と、当該ソース電極６およびドレイン電極７に接触する第４の窒化物半導体層５との間における接触抵抗が低減されるだけでなく、第３の窒化物半導体層４と第４の窒化物半導体層５との界面にて発生する二次元電子ガス１１と、ソース電極６およびドレイン電極７との間における抵抗を低減することができ、トランジスタの高効率化や大電流化による高出力化に有利であるため、より好ましい構造であるといえる。
【００５４】
なお、Ｓｉが高濃度にドーピングされた高濃度ｎ型不純物領域１４の不純物はＳｉに限らず、ｎ型不純物が高濃度にドーピングされていればよく、窒化物半導体中でｎ型の不純物準位を形成する材料（Ｏ、Ｃ、Ｎ、空孔等）がドーピングされていればよい。また、ドーピングの方法としては、イオン注入法、熱拡散法を用いて高濃度ｎ型不純物領域１４を形成してもよく、ソース電極６およびドレイン電極７の下側の窒化物半導体層をエッチング等で除去後、その領域にｎ型不純物を添加した例えばｎ−ＧａＮを再成長法で形成してもよい。また、図１１において、ｎ型不純物が高濃度にドーピングされた高濃度ｎ型不純物領域１４は、第４の窒化物半導体層５の表面から第３の窒化物半導体層４（チャネル層）に至る領域にまで形成されているが、当該領域に限らず、当該領域よりも大きいまたは小さい場合であっても、ソース電極６およびドレイン電極７の下側の少なくとも一部の窒化物半導体層内に形成されていれば上記と同様の効果が得られる。
【００５５】
＜変形例８＞
図１，１１に示すソース電極６およびドレイン電極７の下側の少なくとも一部の窒化物半導体層は、図１２に示すように除去してもよい。すなわち、例えば図１２に示すように、ソース電極６およびドレイン電極７を第４の窒化物半導体層５に埋め込まれるように形成してもよい。このような構造とすることによって、第３の窒化物半導体層４と第４の窒化物半導体層５との界面において発生する二次元電子ガス１１と、ソース電極６およびドレイン電極７間における抵抗とを低減することができ、トランジスタの高効率化または大電流化による高出力化に有利であるため、より好ましい構造であるといえる。
【００５６】
なお、図１２において、第４の窒化物半導体層５は、当該第４の窒化物半導体層５の表面から第３の窒化物半導体層４の近くに至る領域までが除去されているが、除去する深さ方向（紙面上下方向）の限度は、第３の窒化物半導体層４と第４の窒化物半導体層５との界面までとし、ソース電極６およびドレイン電極７の下側の少なくとも一部の第４の窒化物半導体層５が除去されていれば、上記と同様の効果が得られる。
【００５７】
＜変形例９＞
図１，１１，１２に示すソース電極６およびドレイン電極７は、必ずしもＴｉ／Ａｌである必要はなく、オーミック特性が得られればＴｉ，Ａｌ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｓｒ，Ｎｉ，Ｔａ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｖ，Ｍｏ，Ｗなどの金属、もしくはこれらから構成される多層膜で形成されていてもよい。
【００５８】
＜変形例１０＞
図１，１１，１２に示すゲート電極８は、図１３に示すように、ゲート電極８の底面が第４の窒化物半導体層５の表面と接触しないようにすることによって、ゲート電極８の底面が第４の窒化物半導体層５の表面と接触している場合に比べて、電流コラプスを抑制し相互コンダクタンスを増加させることができる。
【００５９】
＜変形例１１＞
図１，１１〜１３に示すゲート電極８は、必ずしも断面が各図に示すような四角形である必要はなく、例えば、図１４に示すようなＴ型やＹ型構造のゲート電極８１であってもよい。このような構造とすることによって、ゲート電極８１が窒化物半導体層と接触する面積を維持したまま、ゲート抵抗を低減することができる。
【００６０】
＜変形例１２＞
図１４では、Ｔ型のゲート電極８１の傘下（ゲート電極８１における傘部の第４の窒化物半導体層５側）が絶縁膜１０と接触していない構造を示したが、図１５に示すように、Ｔ型のゲート電極８１の傘下が絶縁膜１０と接触するような構造であってもよい。このような構造とすることによって、高電圧動作時においてゲート電極８１のドレイン電極７側のエッジ部分に集中する電界を緩和させることができ、電流コラプスを抑制するとともに耐圧を高くすることができる。
【００６１】
＜変形例１３＞
図１６に示すように、絶縁膜１０をゲート電極８１の傘下のみに形成するようにしてもよい。このような構造とすることによって、ソース電極６とゲート電極８１との間や、ゲート電極８１とドレイン電極７との間にて発生する容量を低減できることができ、高周波動作時の利得や効率を向上させることが可能となる。
【００６２】
＜変形例１４＞
図１，１１〜１６に示す絶縁膜１０は、Ａｌ，Ｇａ，Ｓｉ，Ｈｆ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｖ等のうち少なくとも１種類以上の原子の酸化物、窒化物、酸窒化物等、もしくはこれらから構成される多層膜などで形成されていてもよい。
【００６３】
＜変形例１５＞
図１，１１〜１６に示すゲート電極８，８１は、必ずしもＮｉ／Ａｕである必要はなく、Ｔｉ，Ａｌ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｐｄ等の金属、ＩｒＳｉ，ＰｔＳｉ，ＮｉＳｉ２等のシリサイド、あるいはＴｉＮ，ＷＮ，ＴａＮ等の窒化物金属、もしくはこれらから構成される多層膜などで形成されていてもよい。
【００６４】
なお、上述した構造は全て個々に採用する必要はなく、例えば図１７に示すように、それぞれを組み合わせた構造としてもよい。
【００６５】
以上では、トランジスタとして動作する必要最小限の要素のみを記載したが、本実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタは、最終的には配線、バイアホール等が形成された構造においてデバイスとして用いられる。
【００６６】
＜製造工程＞
次に、本実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程について説明する。
【００６７】
図１８〜２９は、本発明の実施の形態によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す図である。なお、これらの図において、図１，１１〜１７と同一の符号を付した構成要素は同一または対応する構成要素を示すものとする。
【００６８】
まず、図１８に示すように、例えば、サファイア、ＳｉＣ（炭化シリコン）、ＧａＮ、またはＳｉ等よりなる基板１を準備する。次に、例えば、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシャル成長法）またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：気相成長法）により、基板１の主表面上に、バッファ層である第１の窒化物半導体層２、障壁層である第２の窒化物半導体層３、チャネル層である第３の窒化物半導体層４、電子供給層である第４の窒化物半導体層５を順次に積層する。以下では、Ａｌ０.２Ｇａ０.８Ｎ（第４の窒化物半導体層）／ＧａＮ（第３の窒化物半導体層）／Ａｌ０.２Ｇａ０.８Ｎ（第２の窒化物半導体層）／Ａｌ０.０３Ｇａ０.９７Ｎ（第１の窒化物半導体層）の構造をＳｉＣ基板上にエピタキシャル成長させる一例について説明する。
【００６９】
第１の窒化物半導体層２のバンドギャップエネルギーは、第１の窒化物半導体層２と第２の窒化物半導体層３との界面においてチャネルが形成しないようにするために、第３の窒化物半導体層４のバンドギャップエネルギーよりも大きく、第１の窒化物半導体層２と第３の窒化物半導体層４とのバンドギャップエネルギー差を０.１７ｅＶ以下とすることによって、第２の窒化物半導体層３と第３の窒化物半導体層４との界面において発生する二次元正孔ガスのピーク濃度を、第３の窒化物半導体層４と第４の窒化物半導体層５との界面（チャネル）において発生する二次元電子ガス１１のピーク濃度と同等かそれ以下に抑えることが可能となる。
【００７０】
また、第１の窒化物半導体層２の膜厚は、基板１との格子不整合による転移を上層のエピタキシャル結晶層（第２の窒化物半導体層３）に及ぼさない厚さであることが望ましい。ここでは、第１の窒化物半導体層２のバンドギャップエネルギーを第３の窒化物半導体層４のバンドギャップエネルギーよりも０.０７ｅＶ大きいＡｌ０.０３Ｇａ０.９７Ｎとし膜厚を３００ｎｍとした。
【００７１】
第２の窒化物半導体層３は、各窒化物半導体層のうちで最もバンドギャップエネルギーが大きいため、第２の窒化物半導体層３の伝導帯は電子に対する障壁(障壁層)となる。一方、第２の窒化物半導体層３のバンドギャップエネルギーが大きいと、第２の窒化物半導体層３と第３の窒化物半導体層４との界面において発生する二次元正孔ガスのピーク濃度が高くなる。本実施の形態では、第２の窒化物半導体層３のバンドギャップエネルギーは、取り得る最小値である第４の窒化物半導体層５のバンドギャップエネルギーと同じとした。
【００７２】
また、第２の窒化物半導体層３の膜厚は１ｎｍ以上１０ｎｍ以下が望ましく、隣接する上下の層（第１の窒化物半導体層２および第３の窒化物半導体層４）との界面で急激なバンドギャップ差を生じさせることができるため薄いほうがより望ましい。本実施の形態では、第２の窒化物半導体層３のバンドギャップエネルギーを第４の窒化物半導体層５のバンドギャップエネルギーと同じとし（Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ）、その膜厚を１ｎｍとした。また、第３の窒化物半導体層４（チャネル層）はＧａＮとし膜厚を１２０ｎｍとした。また、第４の窒化物半導体層５（電子供給層）はＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎとし膜厚を３０ｎｍとした。
【００７３】
なお、第１の窒化物半導体層２、第２の窒化物半導体層３、第３の窒化物半導体層４、および第４の窒化物半導体層５の不純物濃度は１×１０１８ｃｍ−３以下であればよく、特に第４の窒化物半導体層５（電子供給層）の不純物濃度は、高耐圧層とするために１×１０１８ｃｍ−３以下に設定される。ここで、不純物の導電型は常にｎ型である。窒化物半導体層では、意図的に不純物を導入しない場合（ノンドープ）であっても、成長炉や雰囲気ガス中から不純物が窒化物半導体中に入り、窒化物半導体はｎ型の不純物を含むことになる。従って、結晶成長時においてノンドープであっても、実際の不純物濃度が１×１０１８ｃｍ−３以下であればよい。
【００７４】
また、第３の窒化物半導体層４の形成後、ＡｌＮ層１２を形成し（図９参照）、続けて電子供給層としての第４の窒化物半導体層５を形成することによって、上述のエピタキシャル構造を形成することができる。このときのＡｌＮ層１７の厚さは、４ｎｍ以下の薄い層の方が急激なバンドギャップ差を生じさせることができるため望ましく、特に１ｎｍ〜２ｎｍとすることがより望ましい。
【００７５】
また、図１０に示すように、第４の窒化物半導体層５（電子供給層）の形成後、第４の窒化物半導体層５のバンドギャップエネルギーよりも小さい第５の窒化物半導体層１３（例えばＧａＮ層）を形成することによって、上述のエピタキシャル構造を形成することができる。
【００７６】
このようなエピタキシャル構造を備えたエピ基板に、後述するトランジスタの製造方法によって、上述のような構造の窒化物半導体ヘテロ接合電界効果型トランジスタを作製することができる。
【００７７】
次に、図１９に示すように、レジストパターン等をマスク１５として用い、ソース電極６およびドレイン電極７を形成する領域の下側の少なくとも一部の窒化物半導体層内に対して、イオン注入法などを用いて、注入ドーズ量１×１０１３〜１×１０１７（ｃｍ−２）、注入エネルギー１０〜１０００（ｋｅＶ）の条件下で、各窒化物半導体層においてｎ型となるＳｉ等のイオン１６を所望の領域に打ち込み、その後の熱処理によって高濃度ｎ型不純物領域１４を形成する。高濃度ｎ型不純物領域１４の不純物濃度は、結晶成長時に意図的にｎ型のＧａＮやＡｌＧａＮを形成するときに用いられるのと同等かそれ以上が望ましく、例えば１×１０１８ｃｍ−３以上、より好ましくは１×１０１９ｃｍ−３以上、またはより高い濃度である。高濃度ｎ型不純物領域１４内の不純物の望ましい分布の一つとしては、ソース電極６およびドレイン電極７の下の半導体表面から電子が流れる第４の窒化物半導体層５（電子供給層）と第３の窒化物半導体層４（チャネル層）との界面とそれよりチャネル層側に、１０ｎｍ程度までの領域で１×１０１８ｃｍ−３以上といった高い不純物濃度を有する構造が挙げられるが、このような不純物分布を形成する注入量と注入エネルギーの決め方としては、モンテカルロ計算によって注入エネルギーや照射対象物の構造をパラメータにしてイオンの飛程をシミュレートすることによって、上記条件を満たす注入エネルギーや注入ドーズ量を決めることができる。また、注入されたイオンにより第４の窒化物半導体層５を構成する原子（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ等）が真空中に跳ね飛ばされるのを抑制するために、第４の窒化物半導体層５上に１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の窒化膜（ＳｉＮｘ、ＡｌＮ等）あるいは酸化膜等（ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等）の絶縁膜１０を形成した後、注入マスクとしてのレジストパターンを形成しても良い（図２０参照）。その後、熱処理を行ない注入したイオンを活性化させることによって、ソース電極６およびドレイン電極７の下側の高濃度ｎ型不純物領域１４を低抵抗化する。この熱処理の際に、半導体表面からの窒素原子が抜けることを防止するために、第４の窒化物半導体層５上に１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の窒化膜（ＳｉＮｘ、ＡｌＮ等）、酸化膜等（ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等）で窒化物半導体の表面を被った後に熱処理を行ってもよい。
【００７８】
次に、図２１に示すように、マスク１５を除去した後、例えばＴｉ，Ａｌ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｓｒ，Ｎｉ，Ｔａ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｖ，Ｍｏ，Ｗなどの金属、もしくはこれらから構成される多層膜から成るソース電極６およびドレイン電極７を蒸着法やスパッタ法を用いて堆積し、リフトオフ法などにより形成する。なお、電極形成後に熱処理を行い半導体層との反応層（合金層）を形成し、接触抵抗およびアクセス抵抗のさらなる低減を行ってもよい。
【００７９】
次に、図２２に示すように、レジストパターン等をマスク１５として、トランジスタを作製する領域外の第１の窒化物半導体層２から第４の窒化物半導体層５にかけて、例えばＨｅ，Ｎ，Ｏ，Ｍｇ，Ａｒ，Ｃａ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｒ，Ｂａ等のイオン１６を照射するイオン注入法（図２２参照）や、エッチングによる半導体層の除去によって素子分離領域９を形成する。
【００８０】
次に、図２３に示すように、マスク１５を除去した後、Ｔｉ，Ａｌ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｐｄ等の金属、あるいはＩｒＳｉ，ＰｔＳｉ，ＮｉＳｉ２等のシリサイド、あるいはＴｉＮ，ＷＮ，ＴａＮ等の窒化物金属、もしくはこれらから構成される多層膜からなるゲート電極８を、蒸着法やスパッタ法を用いて堆積し、リフトオフ法やイオンミリング法などにより形成する。
【００８１】
次に、図２４に示すように、Ａｌ，Ｇａ，Ｓｉ，Ｈｆ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｖ等のうち少なくとも１種類以上の原子の酸化物、窒化物、酸窒化物等、もしくはこれらから構成される多層膜からなる絶縁膜１０を蒸着法、プラズマＣＶＤ法、Ｃａｔ‐ＣＶＤ法、ＡＬＤ法（Atomic Layer Deposition）あるいはスパッタ法によって形成する。
【００８２】
以上の方法により、図１に示す構造を持ったヘテロ接合電界効果型トランジスタが作製できる。以上では、トランジスタとして動作する必要最小限の要素しか記載していないが、最終的には配線やバイアホール等の形成プロセスを経てデバイスとして用いられる。また以上では、エピタキシャル結晶作製後の製造工程順の一例として、ソース電極６およびドレイン電極７の下に低抵抗層（高濃度ｎ型不純物領域１４）の形成、当該低抵抗層の上にソース電極６およびドレイン電極７の形成、素子分離領域９の形成、ゲート電極８の形成、絶縁膜１０の形成の順に製造することについて説明したが、ゲート電極８の形成後に素子分離を行ってもよく、また、絶縁膜１０を形成し、ゲート形成領域の絶縁膜１０を除去した後に、ゲート電極８を形成してもよく、また、絶縁膜１０の形成後に素子分離を行い、ゲート形成領域の絶縁膜１０を除去した後に、ゲート電極８を形成してもよい。
【００８３】
なお、図１８に示した構造をＭＯＣＶＤ法を用いて基板１上にエピタキシャル成長する時に、窒化物半導体の原料ガスとなるトリメチルアンモニウム、トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、アンモニア、あるいは、ｎ型ドーパントの原料ガスとなるシラン等の流量や圧力、温度、時間を調整し、各窒化物半導体層を所望の組成、膜厚、ドーピング濃度とすることによって、図１に示した種々の窒化物半導体ヘテロ接合電界効果型トランジスタを作製することができる。
【００８４】
また、図１９，２０に示すソース電極６およびドレイン電極７の形成領域へのｎ型不純物となるイオン注入前に、図２５に示すように、レジストパターン等をマスク１５として、Ｃｌ２等を用いたドライエッチング法などによって、ソース電極６およびドレイン電極７を形成する領域の下側の少なくとも一部の窒化物半導体層内を除去することによって、図１２に示すような構造の窒化物半導体ヘテロ接合電界効果型トランジスタを作製することができる。なお、ソース電極６およびドレイン電極７の形成領域の下側への低抵抗層の形成工程は、図２５に示すエッチング工程の前後いずれであってもよい。形成した低抵抗層上にリフトオフ法等によりソース電極６ドレイン電極７を形成することによって、図１２に示すような構造の窒化物半導体ヘテロ接合電界効果型トランジスタが作製できる。
【００８５】
また、図２３に示すゲート電極８を形成する前に、図２６に示すように、レジストパターン等をマスク１５１として、Ｃｌ２等を用いたドライエッチング法などによってゲート電極８を形成するゲート形成領域１７の第４の窒化物半導体層５の一部を除去する。このエッチングを行なう際に、エッチング時間やガス流量を調整することによって、ゲート形成領域１７の深さを所望のエッチング深さに形成することができ、その後、図２３で示した方法でゲート電極８を形成することで、図１３に示すようなゲートリセス深さを有する構造の窒化物半導体へテロ接合電界効果型トランジスタを作製することができる。
【００８６】
また、図２３に示すゲート電極８の形成前に、図２７に示すように、窒化物半導体層の表面を、例えば蒸着法，プラズマＣＶＤ法、Ｃａｔ‐ＣＶＤ法、ＡＬＤ法あるいはスパッタ法などを用いて、Ａｌ，Ｇａ，Ｓｉ，Ｈｆ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｖ等のうち少なくとも１種類以上の原子を含む酸化物、窒化物、酸窒化物等からなる絶縁膜１０を堆積し、ゲート電極８を形成するゲート形成領域１７に開口を持つレジストのマスク１５１や酸化膜マスク等を介してドライエッチングあるいはウェットエッチングによってゲート形成領域１７の絶縁膜１０を除去する。マスク除去後、エッチングによって開口した絶縁膜１０の開口よりも広い開口を有するレジストパターンを利用して蒸着法によってゲートメタルとなる電極金属を堆積し、リフトオフ法等によってゲート電極８１を形成することによって、図１５に示す構造の窒化物半導体電界効果型トランジスタを作製することができる。
【００８７】
このとき、絶縁膜１０上に形成したゲート形成領域１７に開口を持つマスクの除去（レジストマスクや酸化膜マスク）後、このゲート形成領域１７の開口を含む絶縁膜１０の表面に、蒸着法やスパッタ法を用いてゲート電極８を構成する金属（Ｔｉ，Ａｌ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｐｄ等の金属、あるいはＩｒＳｉ，ＰｔＳｉ，ＮｉＳｉ２等のシリサイド、あるいはＴｉＮ，ＷＮ，ＴａＮ等の窒化物金属、もしくはこれらから構成される多層膜）を全面に堆積する。その後、レジストのマスク１５１や酸化膜マスク等によってゲート形成領域１７の開口を覆い、マスクされていない領域のゲート電極金属をイオンミリング等の方法で除去し（図２８）、レジストのマスク１５１を除去することによってゲート電極８１を形成することによって、図１５に示す構造の窒化物半導体電界効果型トランジスタを作製することができる。
【００８８】
また、最終的にデバイスとして使用するには、ソース電極６およびドレイン電極７上を覆うように形成された絶縁膜１０の一部が残っている場合、例えばフッ酸等を用いてウェットエッチングして除去した後、配線電極を形成する必要がある。
【００８９】
また、絶縁膜１０を形成後にウェットエッチングで容易に除去できる絶縁膜、例えばＳｉＯのような絶縁膜１１０を形成する。その後、図２９に示すように、ゲート電極８を形成するゲート形成領域１７に開口を持つレジストマスク等を介してドライエッチングやウェットエッチングによってゲート形成領域１７の絶縁膜１１０および絶縁膜１０を順次除去する。マスク１５１の除去後、エッチングによって開口した絶縁膜１１０および絶縁膜１０の開口よりも広い開口を有するレジストパターンを利用して蒸着法によってゲートメタルとなる電極金属を堆積し、リフトオフ法等によってゲート電極８１を形成する。そして、ウェットエッチングされやすい絶縁膜１１０を例えばバッファドフッ酸によって除去することによって、ゲート電極８１の傘下の絶縁膜１１０がない構造である、図１４に示す構造の窒化物半導体電界効果型トランジスタを作製することができる。さらに、ウェットエッチングの処理条件(時間や濃度)を調整することによって、所望の領域に絶縁膜１１０を残した図１６に示す構造の窒化物半導体電界効果型トランジスタを作製することができる。
【００９０】
また、ゲートリセス構造を形成した後に、種々の形状のゲート電極８を形成してもよい。
【００９１】
また、図１９，２０に示すソース・ドレイン電極形成領域下の低抵抗領域（高濃度ｎ型不純物領域１４）の形成およびソース電極６およびドレイン電極７の形成工程（図２１）、図２２に示す素子分離領域９の形成工程、図２３，２６〜２９に示すゲート電極８，８１の形成工程の３つの工程は必ずしもこの順に行なう必要はなく、工程の順番を入れ替えてもよい。例えば、ソース電極６およびドレイン電極７を形成する前に、素子分離領域９を形成してもよい。また、リセス形成、絶縁膜形成、ゲート電極形成の順に形成した後に、再度絶縁膜形成を行い、ゲート電極と第４の窒化物半導体層５との側面における絶縁性を高めても良い。
【００９２】
また、上述したプロセスは全て個々に採用する必要はなく、それぞれを組み合わせたプロセスによって図１７に示すような構造が形成できる。
【００９３】
以上のことから、本実施の形態によれば、窒化物半導体よりなるヘテロ接合電界効果型トランジスタにおいて、第１の窒化物半導体層２（バッファ層）のバンドギャップエネルギーを第３の窒化物半導体層４（チャネル層）のバンドギャップエネルギーよりも０．０２ｅＶ以上０.１７ｅＶ以下とする構造にすることによって、第２の窒化物半導体層３と第３の窒化物半導体層４との界面において発生する二次元正孔ガスのピーク濃度を、第３の窒化物半導体層４と第４の窒化物半導体層５との界面（チャネル）において発生する二次元電子ガス１１のピーク濃度と同等かそれ以下に抑えることが可能となるため、正孔によるインパクトイオン化は引き起こされず、耐圧の低下、ドレイン電流−電圧特性におけるキンクの発生、またはパルス特性の劣化などの問題を解決することが可能になる。また、第１の窒化物半導体層２と第２の窒化物半導体層３との界面におけるダブルチャネル構造の形成を回避することができるため、リーク電流の減少または耐圧を向上させることができる。
【００９４】
第２の窒化物半導体層３のバンドギャップエネルギーをＡｌＮよりも小さくかつ、第４の窒化物半導体層５と同じかそれ以上とし、その膜厚は１ｎｍ以上１０ｎｍ以下とする構造にすることによって、隣接する上下層（第１の窒化物半導体層２および第３の窒化物半導体層４）との界面で急激なバンドギャップ差を生じさせることが可能となり、二次元電子ガス１１の閉じ込め幅を広くすることなく正孔濃度を低減できるため、ゲート長を短くしても短チャンネル効果が抑制される。
【００９５】
また、二次元電子ガス１１の閉じ込め幅を広くすることなく第３の窒化物半導体層４（チャネル層）を厚くすることができるため、第３の窒化物半導体層４（チャネル層）の結晶性を向上させ、第４の窒化物半導体層５（電子供給層）とのヘテロ界面の結晶性や表面モフォロジーが向上し、移動度の向上が可能となる。これにより、高周波特性の向上、高効率化、移動度向上による高出力化が可能となる。
【００９６】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００９７】
１  半絶縁性ＳｉＣ基板、２  第１の窒化物半導体層、３  第２の窒化物半導体層、４  第３の窒化物半導体層、５  第４の窒化物半導体層、６  ソース電極、７  ドレイン電極、８  ゲート電極、９  素子分離領域、１０  絶縁膜、１１  二次元電子ガス、１２  Ａｌ層、１３  第５の窒化物半導体層、１４  高濃度ｎ型不純物領域、１５  マスク、１６  イオン、１７  ゲート形成領域、２０  半絶縁性ＳｉＣ基板、２１  バッファ層、２２  ＡｌＮ障壁層、２３  チャネル層、２４  電子供給層、２５  ソース電極、２６  ドレイン電極、２７  ゲート電極、２８  素子分離領域、２９  絶縁膜、３０  二次元電子ガス、３１  二次元正孔ガス、８１  ゲート電極、１１０  絶縁膜、１５１  マスク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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