(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体材料からなる第１の半導体層と、
該第１の半導体層上に形成される第２の半導体材料からなる第２の半導体層と、
前記第１の半導体層内における、前記第２の半導体層との界面付近に形成される２次元キャリアと、
前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との界面と対向する前記第２の半導体層の主面から前記界面まで到達するように形成された第１の凹部と、
前記第１の凹部の底面および側面に形成され、前記第１および第２の半導体層との間にショットキー接合を形成する第１の電極と、
前記第２の半導体層の、前記第１の電極とは離れた領域に形成され、前記第２の半導体層と低抵抗性接触を形成する第２の電極と、
を具備する半導体装置。
【請求項２】
前記第１の電極は、前記第２の半導体層の前記主面から前記２次元キャリアまで到達するように形成されている、又は量子力学的なトンネル効果が可能な距離を隔てて前記２次元キャリアと対向するように形成されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
第１の半導体材料からなる第１の半導体層と、
該第１の半導体層上に形成され、第２の半導体材料からなる第２の半導体層と、
前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間に挟まれて、かつ、量子力学的なトンネル効果を可能とする厚みを有して形成された第３の半導体層と、
前記第１の半導体層内における、前記第３の半導体層側に形成された２次元キャリアと、
前記第３の半導体層と前記第２の半導体層との界面と対向する第２の半導体層の主面から前記界面まで到達するように形成された第１の凹部と、
前記第１の凹部の底面および側面に形成され、前記第２の半導体層との間にショットキー接合を形成する第１の電極と、
前記第２の半導体層の、前記第１の電極とは離れた領域に形成され、前記第２の半導体層と低抵抗性接触を形成する第２の電極と、
を具備する半導体装置。
【請求項４】
前記第２の半導体層の前記主面から、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との前記界面まで到達するように形成された第２の凹部をさらに具備し、
前記第２の電極は、前記第２の凹部の底面および側面に形成されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２の半導体層の前記主面から、前記第３の半導体層と前記第２の半導体層との前記界面まで到達するように形成された第２の凹部をさらに具備し、
前記第２の電極は、前記第２の凹部の底面および側面に形成されている、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２の電極は、前記第２の半導体層の前記主面から前記２次元キャリアまで到達するように形成されている、請求項１又は請求項３に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２の半導体層の前記主面から前記２次元キャリアまで到達するように形成された第２の凹部をさらに具備し、
前記第２の電極は、前記第２の凹部の底面および側面に形成されており、かつ、前記第２の半導体層の前記主面から前記２次元キャリアまで到達するように形成されている、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記主面に垂直な方向から見て、前記第２の電極が、前記第１の電極を挟んで対向するように形成されている、請求項１又は請求項３に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記主面に垂直な方向から見て、前記第２の電極が、前記第１の電極を囲むように形成されている、請求項１又は請求項３に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１の電極はさらに、前記第１の凹部を囲む前記第２の半導体層の前記主面上にも形成されている、請求項１又は請求項３に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体材料を利用した半導体装置に関し、特に動作特性の改善を図った半導体装置に関する。
本願は、２００４年９月３０日に出願された特願２００４−２８９２４８号に対し優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮに代表されるIII族窒化物半導体は、絶縁破壊電界強度が従来のＳｉの約１０倍と大きく、飽和ドリフト速度が従来のＳｉの約３倍であり、移動度の点からも優れているため、高周波・高出力デバイス用半導体材料として注目されている。図９は、窒化物半導体を利用した従来の半導体装置２の断面構造を示している。基板２１上には、窒化物半導体材料からなるバッファ層２２が形成され、バッファ層２２上には、ＧａＮ等の窒化物半導体材料からなる半導体層２３が形成されている。【０００３】
半導体層２３上には、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ≦１）等の窒化物半導体材料からなる半導体層２４が形成されている。半導体層２４の主面２００上には、電極２５および２６が形成されている。半導体層２３と半導体層２４との境界における界面２０１には、窒化物半導体の自発分極によって分極電荷が発生する。更に半導体層２３における窒化物半導体の格子定数と半導体層２４における窒化物半導体の格子定数との違いによって生じる歪みによって、界面２０１の近傍にピエゾ電気分極（ピエゾ電界分極ともいう）が生じる。これにより、半導体層２３と半導体層２４との界面近傍にこれら分極電荷に基づく２次元キャリア（２次元電子ガス層又は２次元ホールガス層ともいう）２０２が発生する。【０００４】
この歪みは、半導体層２３の格子と半導体層２４の格子との大きさが異なることにより半導体層２４に生じる機械的な引っ張り応力によって生じる歪みであり、それがピエゾ電気分極に寄与している。半導体層２３と半導体層２４のバンドギャップエネルギーが大きいので、界面２０１の近傍には高濃度の２次元キャリアが発生する。なお、特許文献１には上記の構造に類似した半導体装置が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−１００７７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、窒化物半導体材料を利用した従来の半導体装置においては、半導体層の上に設けられた電極と２次元キャリアとの間の半導体層内の内部抵抗が比較的大きく、順方向電圧を十分低くできないという問題があった。また、電極と２次元キャリアとの間に寄生容量が発生し、半導体装置の高周波特性に影響を与えるという問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、順方向電圧を十分に低くできると共に、高周波特性を向上した半導体装置を提供することを目的とする。
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、本発明は、第１の半導体材料からなる第１の半導体層と、該第１の半導体層上に形成される第２の半導体材料からなる第２の半導体層と、前記第１の半導体層内における、前記第２の半導体層との界面付近に形成される２次元キャリアと、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との界面と対向する前記第２の半導体層の主面から前記界面まで到達するように形成された凹部と、前記凹部の底面および側面に形成され、前記第１および第２の半導体層との間にショットキー接合を形成する第１の電極と、前記第２の半導体層の、前記第１の電極とは離れた領域に形成され、前記第２の半導体層と低抵抗性接触を形成する第２の電極とを具備する半導体装置である。【０００７】
本発明において、前記第１の電極は、前記第２の半導体層の前記主面から前記２次元キャリアまで到達するように形成されている、又は量子力学的なトンネル効果が可能な距離を隔てて前記２次元キャリアと対向するように形成されていても良い。【０００８】
また、本発明は、第１の半導体材料からなる第１の半導体層と、該第１の半導体層上に形成され、第２の半導体材料からなる第２の半導体層と、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間に挟まれて、且つ、量子力学的なトンネル効果を可能とする厚みを有して形成された第３の半導体層と、前記第１の半導体層内における、前記第３の半導体層側に形成された２次元キャリアと、前記第３の半導体層と前記第２の半導体層との界面と対向する第２の半導体層の主面から前記界面まで到達するように形成された第１の凹部と、前記第１の凹部の底面および側面に形成され、前記第２の半導体層との間にショットキー接合を形成する第１の電極と、前記第２の半導体層の、前記第１の電極とは離れた領域に形成され、前記第２の半導体層と低抵抗性接触を形成する第２の電極と、を具備する半導体装置である。【０００９】
本発明において、前記第２の半導体層の前記主面から、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との前記界面まで到達するように形成された第２の凹部をさらに具備し、前記第２の電極は、前記第２の凹部の底面および側面に形成されていても良い。
本発明において、前記第２の半導体層の前記主面から、前記第３の半導体層と前記第２の半導体層との前記界面まで到達するように形成された第２の凹部をさらに具備し、前記第２の電極は、前記第２の凹部の底面および側面に形成されていても良い。【００１０】
本発明において、前記第２の電極は、前記第２の半導体層の前記主面から前記２次元キャリアまで到達するように形成されていても良い。【００１１】
本発明において、前記第２の半導体層の前記主面から前記２次元キャリアまで到達するように形成された第２の凹部をさらに具備し、前記第２の電極は、前記第２の凹部の底面および側面に形成されており、かつ、前記第２の半導体層の前記主面から前記２次元キャリアまで到達するように形成されていても良い。【００１２】
本発明において、前記主面に垂直な方向から見て、前記第２の電極が、前記第１の電極を挟んで対向するように形成されていても良い。【００１３】
本発明において、前記主面に垂直な方向から見て、前記第２の電極が、前記第１の電極を囲むように形成されていても良い。【００１４】
本発明において、前記第１の電極はさらに、前記第１の凹部を囲む前記第２の半導体層の前記主面上にも形成されていても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、２次元キャリアが形成される２つの半導体層の界面に到達する凹部に電極が形成されているので、電極と２次元キャリアとの間の半導体層内の内部抵抗を小さくすることができ、順方向電圧を低くすることができると共に、寄生容量を低減し、高周波特性を向上することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態による半導体装置の断面構造を示す断面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態による半導体装置の電流電圧特性を示す参考図である。
【図３】図３は、第１の実施形態による半導体装置の概略平面図である。
【図４】図４は、第１の実施形態による半導体装置に逆方向電圧を印加した場合の様子を示す概略断面図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態による半導体装置の断面構造を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態による半導体装置の断面構造を示す断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の第３の実施形態による半導体装置の概略平面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の第３の実施形態による半導体装置の概略平面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明の第３の実施形態による半導体装置の概略平面図である。
【図８】図８は、本発明の第４の実施形態による半導体装置の断面構造を示す断面図である。
【図９】図９は、従来の半導体装置の断面構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１７】
１ａ，１ｂ，１ｃ，２・・・半導体装置、１１，２１・・・基板、１２，２２・・・バッファ層、１３，１４，２３，２４・・・半導体層、１５，１５ａ，１６，１６ａ，１６ｂ，２５，２６・・・電極、１７・・・半導体層、３１，３２・・・凹部、３１ａ，３２ａ・・・底面、３１ｂ，３２ｂ・・・側面、１００，２００・・・主面、１０１，２０１，２０３・・・界面、１０２，２０２・・・２次元キャリア、１０４・・・空乏層
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照し、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による半導体装置１ａの断面構造を示している。以下、図中の各構造について説明する。例えばＳｉ、ＳｉＣ、あるいはサファイア等からなる基板１１上に、窒化物半導体からなるバッファ層１２が形成されている。バッファ層１２上には、例えばＧａＮ等の窒化物半導体材料からなる半導体層１３（第１の半導体層）が形成されている。【００１９】
半導体層１３上には、半導体層１３よりもバンドギャップエネルギーが大きく、例えばＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ≦１）等の窒化物半導体からなる半導体層１４（第２の半導体層）が形成されている。半導体層１３と半導体層１４との境界面を構成する界面１０１は、半導体層１３および半導体層１４により形成されたヘテロ界面となっている。また、半導体層１３と半導体層１４の界面１０１近傍の半導体層１３の領域内には、自発分極とピエゾ電気分極の効果によって、高濃度の２次元キャリア１０２が発生している。【００２０】
界面１０１と対向する半導体層１４の主面１００には、凹部３１（第１の凹部）および凹部３２（第２の凹部）が形成されている。凹部３１の底面３１ａおよび凹部３２の底面３２ａは、主面１００から少なくとも界面１０１まで到達するように形成されており、本実施形態においては、界面１０１の位置よりも下（基板１１側）に形成されている。【００２１】
凹部３１の底面３１ａおよび側面３１ｂ上には、半導体層１３および１４とショットキー接合を形成する金属からなる電極１５（第１の電極）が形成されている。凹部３２の底面３２ａおよび側面３２ｂ上には、半導体層１３および１４と低抵抗性接触を形成すると共に低抵抗接触する金属からなる電極１６（第２の電極）が形成されている。電極１５の一部は、主面１００上において、凹部３１を囲むように形成されている。また、電極１６の一部は、主面１００上において、凹部３２を囲むように形成されている。電極１５と電極１６は互いに接触していない。電極１５および１６は、それぞれ凹部３１および３２に対して金属を蒸着し、その後、エッチングにより所望の形状にパターニングすることによって形成される。【００２２】
凹部３１の底面３１ａおよび凹部３２の底面３２ａは、主面１００から界面１０１の深さ以上まで到達するように形成されている。底面３１ａおよび底面３２ａは、主面１００から２次元キャリア１０２まで到達するように形成されていることがさらに望ましい。これにより、後述するように電極１５と電極１６とが２次元キャリア１０２に接した形で２次元キャリア１０２を介して電気的に直接接触し、順方向電圧を低減することができる。ただし、凹部３１および３２を深く形成する場合には、長いエッチング時間を必要とするので、適度な深さとする必要がある。【００２３】
なお、底面３１ａおよび底面３２ａが２次元キャリア１０２まで到達するように形成されていなくても、界面１０１まで到達するように形成されていれば、底面３１ａおよび３２ａと２次元キャリア１０２との間でトンネル効果による電流が流れるため、順方向電圧を低減することができる。この場合、凹部３１の底面３１ａと２次元キャリアとの垂直方向（底面３１ａに垂直な方向）の距離は１００オングストローム以下であることが望ましく、６０オングストローム以下であることがより望ましい。凹部３１および３２の深さは同じでなくてもよいが、一般的に、凹部形成を同時に行うことにより製造工程を少なくすることができるため、これらの凹部の深さは同じであることが望ましい。【００２４】
凹部３１の側面３１ｂが界面１０１に対してなす角度αは、１０度以上９０度以下であることが望ましい。角度αが１０度以下となり、角度が小さいと、後述するように２次元キャリアのキャリア濃度が低くなり、順方向電圧低減効果が十分発揮されなくなる。また、角度αが９０度以上となると、凹部３１の側面３１ｂに電極を良好に形成することが困難となる。角度αを変化させることにより、図２に示されるように順方向特性を変えることができる。上記は凹部３２の側面３２ｂが界面１０１に対してなす角度に関しても成り立つ。凹部３１の側面３１ｂが界面１０１に対してなす角度と、凹部３２の側面３２ｂが界面１０１にたいしてなす角度は一様でなくてもよいが、一様であることが製造上望ましい。【００２５】
凹部３１および３２は、例えば以下のように形成される。半導体層１４を形成した後、レジストを塗布し、凹部３１および３２が形成される領域における半導体層１４の表面が開口部として露出し、他の表面がレジストによって被覆されるレジストパターンを形成する。このとき、開口部周辺において、開口部へ向かってレジストの厚さが段階的に薄くなるようなパターンを形成する。続いて、半導体層１４のドライエッチングを行うと、エッチングに用いる反応ガスの作用によってレジストもエッチングされ、開口部が徐々に広がる。その結果、新たに露出した半導体層１４のエッチングも進み、最終的に側面３１ｂおよび３２ｂが形成される。レジストの厚さが段階的に薄くなるようなパターンのエッジが半導体層１４の主面１００に対してなす角度は、ポストベーク時の温度を高めること等により制御可能である。【００２６】
図３は、本実施形態による半導体装置１ａを、主面１００に垂直な方向から見た概略平面図である。半導体層１４上に電極１５および１６が隣り合うように形成されている。線分Ａ−Ａ’に沿った断面が図１である。電極１５および１６の形状は、図３に示されるような四角形に限定されず、例えば円形であってもよい。【００２７】
次に、本実施形態による半導体装置１ａの動作について説明する。順方向に電圧を印加した場合（例えば電極１５に＋、電極１６に−を印加した場合）、図１に矢印で示されるように、電極１５→２次元キャリア１０２→電極１６のように電流が流れる。２次元キャリア１０２はキャリア密度が高く、ほぼ金属層と同じとみなすことができ、電極１５と２次元キャリア１０２とが直接接触しているので、事実上、順方向電流の通路は金属による接続とみなすことができ、半導体装置１ａの順方向電圧を低く抑えることができる。【００２８】
半導体装置１ａに逆方向の電圧を印加した場合（例えば電極１５に−、電極１６に＋を印加した場合）、電極１５と半導体層１３および１４との界面に空乏層が広がる。更に、一般的に逆方向電圧を高くした場合、リーク電流は増加するが、図４に示されるように、主面１００上に形成された電極１５の一部分（電極１５ａ）において、この電極１５ａが凹部３１からある程度の距離まで離れて形成されていると、主面１００上に配置された、ショットキー障壁を有する電極１５によって広がる空乏層が前記空乏層とつながって、より大きい空乏層１０４が形成される。
以上の事柄によって、逆方向の電圧を印加した場合、２次元キャリア１０２と電極１５との電気的接触が遮断され、２次元キャリア１０２と電極１５との間で電流が流れづらくなる。従って、本実施形態による半導体装置１ａによれば、低い順方向電圧を維持しながら高い耐圧特性を確保することができる。【００２９】
２次元キャリアの生成には、結晶欠損が少ない窒化物半導体層を安定的に結晶成長させることが最も重要である。したがって、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ界面は、連続成長により形成するのが一般的である。このように形成された半導体装置１ａにおいては、高密度な２次元キャリアが安定的に発生し、半導体装置１ａの性能を均一に保つことが容易である。また、高密度な２次元キャリアが低抵抗な電流通路となり、順方向電流の増大に寄与するので、半導体装置１ａの順方向電圧を低下させることができる。【００３０】
なお、凹部３１の下端（底面３１ａ）の位置は、バッファ層１２と半導体層１３との界面よりも半導体層１４側であることが望ましい。一例として、半導体層１３の厚さが５００ｎｍである場合に、凹部３１の下端とバッファ層１２および半導体層１３の界面との距離は５０ｎｍ以上であることが望ましい。【００３１】
上述したように本実施形態においては、電極１５および１６は、半導体層１４の主面１００から半導体層１３と半導体層１４との界面１０１に到達する深さまで形成されている。これにより、界面１０１の近傍に発生するキャリア濃度の高い２次元キャリア１０２と電極１５および１６との接続を低抵抗接続とする（すなわち、電極１５および１６と半導体層１３および１４との接触抵抗を低減する）ことができ、半導体装置１ａの順方向電圧を低下させることができる。【００３２】
また、電極１５と半導体層１３および１４との接触面が界面１０１に対してなす角度α（傾き）を変えることによって順方向特性が変化する理由は必ずしも明らかではないが、次のように考えることができる。即ち、２次元キャリアは、半導体層１３と半導体層１４の格子定数の違いによって半導体層１４に引っ張り歪が生じて、半導体層１４の半導体層１３側にプラス電荷、半導体層１４の半導体層１３から離間した側にマイナス電荷が発生するピエゾ分極電界によって形成される。そして、２次元キャリアのキャリア濃度は、このピエゾ分極電界の大きくなるほど、即ち半導体層１４に生じる引っ張り歪が大きくなるほど高くなる。ここで、電極１５と半導体層１３および１４との接触面が界面１０１に対してなす角度αが大きくなれば、半導体層１４に生じる引っ張り歪の総量が大きくなる。この結果、２次元キャリアのキャリア濃度が高くなり、２次元キャリアの抵抗値が減少して、順方向電圧を低くすることができる。【００３３】
電極材料を替えることによって、半導体装置１ａの電流電圧特性（ショットキー特性）を変更することもできるが、電極材料の種類によって特性がある程度固定的に決まってしまうため、電極材料の変更のみによって所望の特性を得ようとすると、所望の特性と一致する特性が得られる電極材料の選択が困難である。また、用いる電極材料の種類によって、個体間の特性の微妙なばらつきに差がある。これに対し、本実施形態の半導体装置１ａによれば、凹部３１を形成する際のエッチング条件を変更することにより、角度αを比較的容易に所望の値に変更することができるので、所望の特性を容易に得ることができ、個体間の特性のばらつきの差を抑えることもできる。【００３４】
半導体装置１ａの高周波特性は電極１５と２次元キャリア１０２との間に発生する寄生容量の減少に従って向上する。この寄生容量は電極１５と２次元キャリア１０２との距離に反比例する。本実施形態によれば、電極１５が２次元キャリア１０２に接触する、あるいは２次元キャリア１０２との間でトンネル電流が流れるように形成されていることにより、上記の寄生容量を低減し、半導体装置１ａの高周波特性を向上することができる。【００３５】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は、本実施形態による半導体装置１ｂの断面構造を示している。図５において、図１と同一の構造には同一の符号を付与し、説明を省略する。本実施形態においては、半導体層１４と低抵抗性接触を形成する電極１６ａの直下における半導体層１４には凹部が形成されていない。しかし、電極１５が２次元キャリア１０２と直接接触しているため、第１の実施形態による半導体装置１ａと同様に、順方向特性を向上する等の効果を得ることができる。ただし、半導体装置１ａにおいては、電極１６も２次元キャリア１０２と直接接触しているため、半導体装置１ａの方が半導体装置１ｂよりも順方向電圧は低い。【００３６】
電極１６ａと２次元キャリア１０２との間の抵抗値は低いほど望ましいため、半導体層１４の厚さは５０ｎｍ以下であることが望ましい。さらに、３０ｎｍ以下であることが望ましく、２０ｎｍ以下であることがより望ましい。【００３７】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図６は、本実施形態による半導体装置１ｃの断面構造を示している。本実施形態においては、電極１５を挟むように電極１６が形成されている。図７は、半導体装置１ｃを、主面１００に垂直な方向から見た概略平面図である。図７Ａにおいては、電極１６が２つの電極１６ｂおよび１６ｃに分割されており、電極１６ｂおよび１６ｃが、電極１５を挟んで対向するように形成されている。線分Ｂ−Ｂ’における断面が図６である。また、図７Ｂにおいては、電極１６が電極１５を囲むように形成されている。線分Ｃ−Ｃ’における断面が図６である。なお、図７Ｃに示されるように電極１５および電極１６を形成してもよい。【００３８】
図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃにおいては、電極１５がショットキー電極であり、電極１６、１６ｂ、および１６ｃがオーミック電極であるが、逆であってもよい。また、電極１５および１６の数は図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃに示される場合に限られない。さらに、電極の形状は図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃに示される形状に限られない。本実施形態によれば、主面１００に垂直な方向から見た場合に、電極１６が電極１５を挟んで対向するように、あるいは電極１６が電極１５を囲むように形成したことにより、図３のように電極を形成した場合と比較して、半導体装置のオン抵抗を下げることができ、且つ電流経路の面積を増加することができるので、順方向電圧を低減し、かつチップ面積を増大することなく電流容量を増加することができる。【００３９】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図８において、本実施形態による半導体装置１ｄの断面構造を示している。図８において、図１と同一の構造には同一の符号を付与し、説明を省略する。本実施形態においては、ＧａＮなどからなる半導体層（第１の半導体層）１３と、半導体層１３よりもバンドギャップエネルギーが大きく、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０＜Ｘ≦１）等の窒化物半導体からなる半導体層（第２の半導体層）１４との間に、半導体層１３及び半導体層１４よりも薄いＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０＜Ｙ≦１、Ｘ＜Ｙ）からなる半導体層（第３の半導体層）１７が挟まれており、半導体層１７と半導体層１３の界面２０３近傍の半導体層１３の領域内には、自発分極とピエゾ電気分極の効果によって、高濃度の２次元キャリア１０２が発生している。ちなみに、半導体層１７は５０オングストローム以下であることが望ましく、５〜２０オングストローム程度であることが更に望ましい。【００４０】
半導体層１７と対向する半導体層１４の主面１００には、凹部（第１の凹部）３１及び凹部（第２の凹部）３２が形成されている。
凹部３１の底面３１ａ及び凹部３２の底面３２ａ上にはそれぞれ電極（第１の電極１５、第２の電極１６）が形成されている。凹部３１の底面３１ａ及び凹部３２の底面３２ａは、主面１００から２次元キャリア１０２まで到達するように形成されていることが望ましい。なお、底面３１ａ及び底面３２ａが２次元キャリア１０２まで到達するように形成されていなくとも界面２０３まで到達するように形成されていれば、底面３１ａ及び底面３２ａと２次元キャリア１０２との間でトンネル効果による電流が流れるため、後述する本発明の効果を得ることができる。また、半導体層１７がトンネル効果によって電流が流れる程度の厚み（量子力学的なトンネル効果を可能とする厚み）を有する場合、底面３１ａ及び底面３２ａが２次元キャリア１０２まで到達するように形成されていなくとも、半導体層１７と半導体層１４との界面２０４まで到達するように形成されていれば、トンネル効果によって後述する本発明の効果を得ることができる。また、凹部３１の底面３１ａの深さと凹部３２の底面３２ａの深さは異なっていてもよく、例えば、凹部３１の底面３１ａは界面２０３まで達し、凹部３２の底面３２ａは２次元キャリア１０２まで達してもよい。【００４１】
凹部３１の底面３１ａ及び側面３１ｂ上には、凹部３１と接する各半導体層（図８の場合、半導体層１４及び半導体層１７）とショットキー接合を形成する金属からなる電極１５（第１の金属）が形成されている。凹部３２の底面３２ａ及び側面３２ｂ上には、凹部３２と接する各半導体層（図８の場合、半導体層１４及び半導体層１７）と低抵抗性接触を形成する金属からなる電極１６（第２の金属）が形成されている。
なお、本発明の第１の実施形成のように凹部３１の側面３１ｂが半導体層１３と半導体層１７との界面に対してなす角度αは、１０度以上９０度以下であることが望ましい。【００４２】
本発明の第４の実施形態による半導体装置１ｄの動作について説明する。順方向に電圧を印加した場合、第１の実施形態のように電極１５→２次元キャリア１０２→電極１６のように電流が流れる。一般的に、ヘテロ界面を形成する半導体層１３と半導体層１４の間に半導体層１７を挟むことによって、２次元キャリア１０２の移動度がさらに向上し、半導体層内を流れる電流の抵抗値を低く抑えることができる。Ａｌ濃度（ＡｌＹＧａ１−ＹＮにおけるＹ）が大きいほど、上記効果は大きい。これは、半導体層１７によって半導体層１４の合金拡散の影響を抑制できることによると考えられている。図９のような従来構造においても、半導体層２３と半導体層２４との間に半導体層２４よりもＡｌ濃度（ＡｌＹＧａ１−ＹＮにおけるＹ）が大きい半導体層１７を挟むと上記効果を得ることができる。しかしながら、半導体装置２を流れる電流は、半導体層２４→半導体層１７→２次元キャリア２０２→半導体層１７→半導体層２４と流れるため、電流が半導体層１７を通ることによって逆に順方向電圧の上昇を引き起こしてしまう。特に、ＡｌＮ（ＡｌＹＧａ１−ＹＮにおいてＹ＝１）は絶縁性として知られており、逆に順方向電圧が上昇することもある。
本発明における半導体装置１ｄによれば、第１の電極１５及び第２の電極１６は２次元キャリア１０２に達するまで掘られた凹部の上に形成されているので、電極１５→２次元キャリア１０２→電極１６のように電流が流れる。従って、半導体層１７を挟むことによって順方向電圧が上昇してしまうという問題を解決することができる。以上のように、第４の実施形態では、第１の実施形態における効果に加えて、より順方向電圧を低減することができる。ちなみにその効果は、半導体層１７に含まれるＡｌ濃度（ＡｌＹＧａ１−ＹＮにおけるＹ）の増大と共に増大し、特に、半導体層１７がＡｌＮである場合、最も順方向電圧を低減する効果を得ることができる。【００４３】
逆に、半導体装置１ｄに逆方向電圧を印加した場合、第１の実施形態のように、２次元キャリア１０２と第１の電極１５との電気的接触が遮断され、２次元キャリア１０２と第１の電極１５との間で電流が流れづらくなる。従って、第４の実施形態による半導体装置１ｄによれば、さらに低い順方向電圧を維持しながら高い耐圧特性を確保することができる。【００４４】
尚、第２の実施形態や第３の実施形態における半導体装置に対し、第４の実施形態における半導体層１７を形成しても良い。【００４５】
上述した全ての実施形態において、電極１５の材質には、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）の各金属、あるいはこれらのいずれかを組み合わせた合金等であって、半導体層１３および１４に対してショットキー特性を示す金属材料全てが適応する。また、電極１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃの材質には、ＧａＮ層に対して低抵抗接触となるＡｌＴｉ等の金属材料および合金全てが適応する。【００４６】
また、窒化物半導体とは、Ｎ型やＰ型のドーパント、プロトン、酸素、鉄等の各種不純物を注入したものであってもよい。図１、図５、図６、および図８においては基板１１が設けられているが、基板１１が設けられていなくてもよい。【００４７】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の活用例として、ショットキー電極構造を有する半導体装置への適用が好適である。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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