特許 5707463 半導体装置とその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5707463

(24)【登録日】2015年3月6日

(45)【発行日】2015年4月30日

(54)【発明の名称】半導体装置とその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/337 20060101AFI20150409BHJP

   H01L 27/098 20060101ALI20150409BHJP

   H01L 29/808 20060101ALI20150409BHJP

   H01L 21/338 20060101ALI20150409BHJP

   H01L 29/778 20060101ALI20150409BHJP

   H01L 29/812 20060101ALI20150409BHJP

【ＦＩ】

   H01L29/80 C

   H01L29/80 H

   H01L29/80 V

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-204162(P2013-204162)

(22)【出願日】2013年9月30日

(65)【公開番号】特開2015-70151(P2015-70151A)

(43)【公開日】2015年4月13日

【審査請求日】2014年9月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】特許業務法人快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】兼近 将一

(72)【発明者】

【氏名】桑原 誠

(72)【発明者】

【氏名】上田 博之

(72)【発明者】

【氏名】富田 英幹

【審査官】 須原 宏光

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１２−５２３７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２３３７５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２９／８０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１化合物半導体層と、
前記第１化合物半導体層上に設けられており、前記第１化合物半導体層よりもバンドギャップが大きい第２化合物半導体層と、
前記第２化合物半導体層上の一部に設けられているｐ型の第３化合物半導体層と、
前記第３化合物半導体層上に設けられており、前記第３化合物半導体層よりも高抵抗であるｐ型の第４化合物半導体層と、
前記第４化合物半導体層上に設けられているゲート電極と、を備え、
前記第４化合物半導体層が、前記第３化合物半導体層よりも結晶性が低い半導体装置。

【請求項2】

前記第４化合物半導体層に含まれるｐ型不純物の濃度が、前記第３化合物半導体層に含まれるｐ型不純物の濃度よりも薄い請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記第１化合物半導体層、前記第２化合物半導体層、前記第３化合物半導体層及び前記第４化合物半導体層は、窒化物半導体である請求項１又は２に記載の半導体装置。

【請求項4】

第１化合物半導体層上に、前記第１化合物半導体層よりもバンドギャップが大きい第２化合物半導体層を形成する第１工程と、
前記第２化合物半導体層上の一部に、ｐ型の第３化合物半導体層を形成する第２工程と、
前記第３化合物半導体層上に、前記第３化合物半導体層よりも高抵抗であるｐ型の第４化合物半導体層を形成する第３工程と、
前記第４化合物半導体層上に、ゲート電極を形成する第４工程と、を備え、
前記第２工程及び第３工程は、
前記第２化合物半導体層上の一部にｐ型の化合物半導体層を形成すること、
前記ｐ型の化合物半導体層の表面にプラズマを照射すること、を有しており、
これにより、前記ｐ型の化合物半導体層のうちのプラズマ照射されなかった部分が前記第３化合物半導体層となり、前記ｐ型の化合物半導体層のうちのプラズマ照射された部分が前記第４化合物半導体層となる半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、ヘテロ接合を有する半導体装置、及びその製造方法に関する技術を開示する。

【背景技術】

【0002】

ヘテロ接合に形成される２次元電子ガス層をチャネルとして用いる半導体装置が知られている。このタイプの半導体装置では、ノーマリーオフタイプの開発が進められており、その一例が特許文献１に開示されている。特許文献１の半導体装置では、ヘテロ接合面を有する半導体層の表面の一部に、ｐ型半導体層を設ける。さらに、そのｐ型半導体層の表面にｎ型半導体層を設け、ｎ型半導体層の表面にゲート電極を設ける。特許文献１の半導体装置では、ゲート電極にオン電圧が印加されていないときに、ｐ型半導体層から伸びる空乏層が２次元電子ガス層の一部を消失させことにより、ノーマリーオフを実現している。また、特許文献１の半導体装置では、ｐ型半導体層の表面にｎ型半導体層を設けることにより、ゲート電極にオン電圧が印加されたときに、ゲート電流が流れることを防止している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−２９５０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の半導体装置は、ゲート電極に正電圧が印加されることにより、ｐ型半導体層からヘテロ接合面に伸びていた空乏層が縮小し、ターンオンする。しかしながら、ゲート電極に正電圧が印加されると、ｎ型半導体層とｐ型半導体層のｐｎ接合には逆バイアスが印加され、そのｐｎ接合の界面に空乏層が形成される。ゲート電圧に印加される正電圧の一部がｎ型半導体層とｐ型半導体層のｐｎ接合に加わるので、ゲート電極に正電圧を印加してからヘテロ接合面に伸びていた空乏層が縮小して２次元電子ガス層が形成されるまでの時間が長くなる。換言すると、半導体装置のスイッチング速度が遅くなる。本明細書では、スイッチング速度が改善された半導体装置、及びその半導体装置の製造方法を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書で開示する技術は、ｐ型半導体層とゲート電極の間に高抵抗のｐ型半導体層を設けることを特徴とする。高抵抗のｐ型半導体層は、ゲート電極に正電圧が印加されたときに、ゲート電流が流れることを抑制することができる。さらに、本明細で開示する半導体装置では、ゲート電極の下方にｐｎ接合面が存在しないので、ゲート電極に正電圧が印加されたときの応答性が良い。このため、本明細書で開示する半導体装置は、高速なスイッチング動作に適している。

【0006】

本明細書で開示する半導体装置は、第１化合物半導体層と、第１化合物半導体層上に設けられており、第１化合物半導体層よりもバンドギャップが大きい第２化合物半導体層と、第２化合物半導体層上の一部に設けられているｐ型の第３化合物半導体層と、第３化合物半導体層上に設けられており、第３化合物半導体層よりも高抵抗であるｐ型の第４化合物半導体層と、第４化合物半導体層上に設けられているゲート電極とを備えている。第４化合物半導体層は、第３化合物半導体層よりも結晶性が低い。

【0007】

本明細書では、上記半導体装置の製造方法をも提供する。その製造方法は、第１化合物半導体層上に、第１化合物半導体層よりもバンドギャップが大きい第２化合物半導体層を形成する第１工程と、第２化合物半導体層上の一部に、ｐ型の第３化合物半導体層を形成する第２工程と、第３化合物半導体層上に、第３化合物半導体層よりも高抵抗であるｐ型の第４化合物半導体層を形成する第３工程と、第４化合物半導体層上に、ゲート電極を形成する第４工程と、を備える。第２工程及び第３工程は、第２化合物半導体層上の一部にｐ型の化合物半導体層を形成すること、ｐ型の化合物半導体層の表面にプラズマを照射することを有している。これにより、ｐ型の化合物半導体層のうちのプラズマ照射されなかった部分が第３化合物半導体層となり、ｐ型の化合物半導体層のうちのプラズマ照射された部分が第４化合物半導体層となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施例の半導体装置の断面図を示す。

【図2】半導体装置の第１製造方法の製造工程を示す。

【図3】半導体装置の第１製造方法の製造工程を示す。

【図4】半導体装置の第１製造方法の製造工程を示す。

【図5】半導体装置の第２製造方法の製造工程を示す。

【図6】半導体装置の第２製造方法の製造工程を示す。

【図7】半導体装置の第２製造方法の製造工程を示す。

【図8】第２実施例の半導体装置の断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本明細書で開示する実施例の技術的特徴の幾つかを記す。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。

【0010】

本明細書で開示する半導体装置は、第１化合物半導体層、第２化合物半導体層、ｐ型の第３化合物半導体層、ｐ型の第４化合物半導体層及びゲート電極を備えていてもよい。第２化合物半導体層は、第１化合物半導体層上に設けられており、第１化合物半導体層よりもバンドギャップが大きくてもよい。第３化合物半導体層は、第２化合物半導体層上の一部に設けられていてもよい。第４化合物半導体層は、第３化合物半導体層上に設けられており、第３化合物半導体層よりも高抵抗であってもよい。ゲート電極は、第４化合物半導体層上に設けられていてもよい。本明細書で開示する半導体装置は、横型であってもよく、縦型であってもよい。化合物半導体層の各々の間には、必要に応じて、他の化合物半導体層が設けられていてもよい。ここで、化合物半導体は、ワイドバンドギャップ半導体が好ましい。具体的には、化合物半導体には、窒化物半導体、炭化珪素が含まれる。

【0011】

第４化合物半導体層に含まれるｐ型不純物の濃度が、第３化合物半導体層に含まれるｐ型不純物の濃度よりも薄くてよい。第４化合物半導体層を、第３化合物半導体層より確実に高抵抗にすることができる。

【0012】

第４化合物半導体層が、第３化合物半導体層よりも結晶性が低くてよい。この場合でも、第４化合物半導体層を、第３化合物半導体層より確実に高抵抗にすることができる。なお、第４化合物半導体層は、ｐ型不純物の濃度が第３化合物半導体層よりも薄く、さらに結晶性が第３化合物半導体層よりも低くてもよい。

【0013】

第１化合物半導体層、第２化合物半導体層、第３化合物半導体層及び第４化合物半導体層は、窒化物半導体であってもよい。窒化物半導体は、一般式がAl_XGa_YIn_1-X-YN（０≦X≦１、０≦Y≦１、０≦1−X−Y≦１）で示されるものであってよい。第１化合物半導体層の一例として、窒化ガリウム（ＧａＮ）が挙げられる。第２化合物半導体層、第３化合物半導体層及び第４化合物半導体層の一例として、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）が挙げられる。

【実施例】

【0014】

（第１実施例）
図１に示すように、半導体装置１００は横型であり、サファイア基板２、バッファ層４、第１化合物半導体層６、第２化合物半導体層８、第３化合物半導体層１４、第４化合物半導体層１６、ゲート電極１８、ソース電極２０及びドレイン電極１０を備えている。

【0015】

サファイア基板２の表面に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を材料とするバッファ層４が設けられている。第１化合物半導体層６は、バッファ層４の表面に設けられている。第１化合物半導体層６の材料は、窒化ガリウムである。第１化合物半導体層６は、ノンドープである。第２化合物半導体層８は、第１化合物半導体層６の表面に設けられており、その材料は、窒化アルミニウムガリウムである。第２化合物半導体層８は、ノンドープである。すなわち、第１化合物半導体層６及び第２化合物半導体層８は、ｉ型の窒化物半導体である。第２化合物半導体層８のバンドギャップは、第１化合物半導体層６のギャップより大きい。第１化合物半導体層６と第２化合物半導体層８はヘテロ接合しており、第１化合物半導体層６と第２化合物半導体層８の接合面２２の近傍に、２次元電子ガス層が形成される。なお、第１化合物半導体層６の厚みはおよそ２μｍ〜３μｍであり、第２化合物半導体層８の厚みはおよそ１５ｎｍ〜２５ｎｍである。

【0016】

第３化合物半導体層１４は、第２化合物半導体層８の表面の一部に設けられている。第３化合物半導体層１４の材料は、窒化アルミニウムガリウムである。第３化合物半導体層１４は、ｐ型不純物であるマグネシウム（Ｍｇ）をおよそ１×１０^１９ｃｍ^−３含んでいる。第４化合物半導体層１６は、第３化合物半導体層１４の表面に設けられている。第４化合物半導体層１６の材料は、窒化アルミニウムガリウムである。第３化合物半導体層１４に含まれるアルミニウム（Ａl）の含有割合は、第２化合物半導体層８と同一である。第４化合物半導体層１６は、マグネシウムをおよそ１×１０^１７〜５×１０^１８ｃｍ^−３含んでいる。第４化合物半導体層１６に含まれるｐ型不純物（Ｍｇ）の濃度は、第３化合物半導体層１４に含まれるｐ型不純物の濃度よりも薄い。そのため、第４化合物半導体層１６は、第３化合物半導体層１４よりも高抵抗である。なお、第３化合物半導体層１４の厚みはおよそ７０ｎｍ〜１００ｎｍであり、第４化合物半導体層１６の厚みはおよそ１０ｎｍ〜２０ｎｍである。

【0017】

ゲート電極１８は、第４化合物半導体層１６の表面に設けられており、ソース電極２０とドレイン電極１０の間に配置されている。ゲート電極１８の材料は、ニッケル（Ｎｉ）である。ゲート電極１８は、第４化合物半導体層１６にオーミック接続されている。ソース電極２０とドレイン電極１０は、第２化合物半導体層８の表面の一部に離反して設けられている。ソース電極２０とドレイン電極１０は、チタン（Ｔｉ）とアルミニウムの積層電極であり、第２化合物半導体層８にオーミック接続されている。ソース電極２０とドレイン電極１０は、パッシベーション膜１２によって、ゲート電極１８から絶縁されている。

【0018】

半導体装置１００は、ノーマリーオフタイプのＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）である。ドレイン電極１０に正電圧が印加され、ソース電極２０に接地電圧が印加され、ゲート電極１８に正電圧が印加されると、第１化合物半導体層６と第２化合物半導体層８の接合面２２の近傍に形成される２次元電子ガス層を介して、ソース電極２０からドレイン電極１０に向けて電子が走行する。これにより、半導体装置１００はオン状態となる。

【0019】

ゲート電極１８への正電圧の印加を停止すると、第３化合物半導体層１４から接合面２２に向けて空乏層が伸び、２次元電子ガス層の電子が枯渇し、２次元電子ガス層を介した電子の走行が停止する。これにより、半導体装置１００はオフ状態となる。再度ゲート電極１８に正電圧が印加されると、接合面２２に伸びていた空乏層が消失し、半導体装置１００がオフ状態からオン状態に切り替わる。

【0020】

上記したように、第４化合物半導体層１６に含まれるｐ型不純物の濃度は、第３化合物半導体層１４に含まれるｐ型不純物の濃度よりも薄い。すなわち、第４化合物半導体層１６は、第３化合物半導体層１４と比較して高抵抗である。そのため、第３化合物半導体層１４の表面に直接ゲート電極１８を設ける形態と比較して、オン状態のときにゲート電流が流れることを抑制することができる。また、第４化合物半導体層１６は、第３化合物半導体層１４と同様にｐ型不純物を含んでいる。そのため、ゲート電極１８に正電圧を印加しても、第３化合物半導体層１４と第４化合物半導体層１６の界面から空乏層が伸びることはない。

【0021】

上記したように、従来の半導体装置は、第３化合物半導体層１４に相当するｐ型化合物半導体層の表面にｎ型化合物半導体層を設け、そのｎ型化合物半導体層の表面にゲート電極を設ける。そのため、ゲート電極に正電圧を印加すると、ｐ型化合物半導体層とｎ型化合物半導体層の界面から空乏層が伸びる。従来の半導体装置は、ゲート電極に印加した正電圧の一部がｐ型化合物半導体層とｎ型化合物半導体層のｐｎ接合に加わるので、ｐ型化合物半導体層からヘテロ接合面に伸びていた空乏層が縮小して２次元電子ガス層が形成されるまでの時間が長くなる。

【0022】

半導体装置１００では、オフ状態からオン状態に切り替わるときに、第３化合物半導体層１４と第４化合物半導体層１６の界面から空乏層が伸びない。そのため、半導体装置１００は、ゲート電極１８に正電圧を印加したときに、速やかにヘテロ接合面に伸びていた空乏層が消失する。すなわち、半導体装置１００は、従来の半導体装置よりもスイッチング速度が速い。

【0023】

なお、ゲート電流が流れることを抑制するという観点から、第４化合物半導体層１６に代えて絶縁膜（ゲート絶縁膜）を設け、その絶縁膜の表面にゲート電極を設けることも考え得る。このような形態であれば、ゲート電極とｐ型化合物半導体層の間にｎ型化合物半導体層を介在させる必要がない。しかしながら、この半導体装置の場合、ゲート電極に正電圧を印加したときにゲート絶縁膜とｐ型化合物半導体層との界面に電子が蓄積し、閾値電圧が変動することがある。半導体装置１００は、第３化合物半導体層１４と第４化合物半導体層１６の界面に電子が蓄積することがないので、閾値電圧が安定している。

【0024】

（第１製造方法）
半導体装置１００の第１製造方法について説明する。図２に示すように、サファイア基板２の表面にＡｌＮを材料とするバッファ層４を成長させる。その後、ＧａＮを材料とする第１化合物半導体層６を結晶成長させ（第１工程）、ＡｌＧａＮを材料とする第２化合物半導体層８を結晶成長させる（第２工程）。第２化合物半導体層８は、第１化合物半導体層６が所定の厚みに達した後に原料ガスを切り替える（Ａｌ含有ガスの供給を開始する）ことにより、第１化合物半導体層６の結晶成長に続いて連続的に結晶成長させることができる。なお、バッファ層４を設けることにより、第１化合物半導体層６の結晶構造が安定する。

【0025】

次に、図３に示すように、第２化合物半導体層８の表面に、ｐ型不純物を高濃度に含む高濃度ｐ型ＡｌＧａＮ層１４ａを結晶成長させる（第３工程）。その後、高濃度ｐ型ＡｌＧａＮ層１４ａの表面に、ｐ型不純物の濃度が高濃度ｐ型ＡｌＧａＮ層１４ａよりも薄い低濃度ｐ型ＡｌＧａＮ層１６ａを結晶成長させる（第４工程）。高濃度ｐ型ＡｌＧａＮ層１４ａは、第２化合物半導体層８が所定の厚みに達した後に原料ガスを切り替える（Ｍｇ含有ガスの供給を開始する）ことにより、第２化合物半導体層８の結晶成長に続いて連続的に結晶成長させることができる。また、低濃度ｐ型ＡｌＧａＮ層１６ａは、高濃度ｐ型ＡｌＧａＮ層１４ａが所定の厚みに達した後に原料ガスを切り替える（原料ガス中のＭｇ濃度を減らす）ことにより、高濃度ｐ型ＡｌＧａＮ層１４ａの結晶成長に続いて連続的に結晶成長させることができる。

【0026】

次に、図４に示すように、低濃度ｐ型ＡｌＧａＮ層１６ａの一部にエッチングマスク（図示省略）を形成し、エッチングマスクが形成されていない部分の低濃度ｐ型ＡｌＧａＮ層１６ａと高濃度ｐ型ＡｌＧａＮ層１４ａを、第２化合物半導体層８が露出するまでエッチングする。それにより、第３化合物半導体層１４と第４化合物半導体層１６が完成する。その後、エッチングマスクを除去し、ソース電極２０，ゲート電極１８，ドレイン電極１０及びパッシベーション膜１２を既知の方法で形成することにより、図１に示す半導体装置１００が完成する。

【0027】

なお、第４化合物半導体層１６は、第３化合物半導体層１４より結晶性が低くてもよい。第４化合物半導体層１６の結晶性を第３化合物半導体層１４より低くすることにより、第４化合物半導体層１６を第３化合物半導体層１４よりも高抵抗にすることができる。なお、この場合、第４化合物半導体層１６に含まれるｐ型不純物（Ｍｇ）の濃度は、第３化合物半導体層１４と同じでもよいし、第３化合物半導体層１４より薄くてもよい。すなわち、第４化合物半導体層１６は、ｐ型不純物を含み第３化合物半導体層１４よりも高抵抗であればよい。以下に、第４化合物半導体層１６の結晶性が第３化合物半導体層１４よりも低い半導体装置１００の製造方法について説明する。

【0028】

（第２製造方法）
図５〜図７を参照し、半導体装置１００の第２製造方法について説明する。まず、第１製造方法と同様に、サファイア基板２上にバッファ層４，第１化合物半導体層６及び第２化合物半導体層８を形成する（図２を参照）。次に、図５に示すように、第２化合物半導体層８の表面に、ｐ型不純物を含むｐ型ＡｌＧａＮ層３０を結晶成長させる。ｐ型不純物を含むｐ型ＡｌＧａＮ層３０の厚みは、第３化合物半導体層１４と第４化合物半導体層１６の合計の厚み（図１を参照）に相当する。また、ｐ型不純物の濃度は、第３化合物半導体層１４の不純物濃度と同様に調整する。ｐ型ＡｌＧａＮ層３０は、第２化合物半導体層８の結晶成長に続いて連続的に結晶成長させることができる。

【0029】

次に、図６に示すように、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０の表面にプラズマを照射し、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０の表層の結晶性を低下させる。例えば、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、アルゴン（Ａｒ）のイオンを１００Ｖ以下の加速エネルギーで照射することにより、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０の表層から窒素（Ｎ）を抜き、表層を高抵抗にすることができる。この条件により、高抵抗層（ｐ型ＡｌＧａＮ層３０の表層部３０ａ）の厚みを１０ｎｍ程度に制御することができる。ｐ型ＡｌＧａＮ層３０の表層部３０ａの結晶性が、深部３０ｂの結晶性よりも低くなる。具体的には、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０の表層部３０ａの窒素原子が、深部３０ｂより減少する。その結果、表層部３０ａが、深部３０ｂよりも高抵抗になる。

【0030】

次に、図７に示すように、ｐ型ＡｌＧａＮ層３９の一部にエッチングマスク（図示省略）を形成し、エッチングマスクが形成されていない部分のｐ型ＡｌＧａＮ層３０を、第２化合物半導体層８が露出するまでエッチングする。それにより、第３化合物半導体層１４と第４化合物半導体層１６が完成する。その後の工程は第１製造方法と同じなので省略する。

【0031】

（第２実施例）
図８を参照し、半導体装置２００について説明する。半導体装置２００は縦型であり、ドレイン電極２１０と、ドレイン電極２１０上に設けられている半導体層２４０と、半導体層２４０の表面に設けられているソース電極２２０及びゲート電極２１８を備えている。半導体層２４０は、ｎ型不純物を高濃度に含む基板２３４と、基板２３４よりもｎ型不純物を低濃度に含むドリフト層２３２と、ｐ型不純物を高濃度に含む埋込みｐ型化合物半導体層２３０と、実質的に不純物が含まれていない第１化合物半導体層２０６及び第２化合物半導体層２０８と、ｐ型不純物を高濃度に含む第３化合物半導体層２１４と、第３化合物半導体層２１４よりもｐ型不純物を低濃度に含む第４化合物半導体層２１６を備えている。

【0032】

ドレイン電極２１０が、基板２３４の裏面にオーミック接続されている。ドレイン電極２１０は、チタンとアルミニウムの積層電極である。基板２３４材料は、窒化ガリウム（ＧａＮ）である。基板２３４は、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）をおよそ１×１０^１８〜３×１０^１８ｃｍ^−３含んでいる。基板２３４の厚みはおよそ１００μｍ〜３５０μｍである。ドリフト層２３２は、基板２３４の表面に設けられている。ドリフト層２３２材料は、窒化ガリウムである。ドリフト層２３２は、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）をおよそ１×１０^１６〜２×１０^１６ｃｍ^−３含んでいる。ドリフト層２３２の厚みはおよそ８μｍ〜１２μｍである。

【0033】

ｐ型化合物半導体層２３０は、ドリフト層２３２の表層に分散して設けられている。ｐ型化合物半導体層２３０は、ｐ型の不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）をおよそ１×１０^１９〜５×１０^１９ｃｍ^−３含んでいる。ｐ型化合物半導体層２３０の厚み（ソース電極２２０とドレイン電極２１０を結ぶ方向の長さ）はおよそ０．５μｍ〜１．０μｍである。隣り合うｐ型化合物半導体層２３０の間には、ドリフト層２３２が介在している。

【0034】

第１化合物半導体層２０６は、ドリフト層２３２及びｐ型化合物半導体層２３０の表面に設けられている。第１化合物半導体層２０６材料は、窒化ガリウムである。第１化合物半導体層２０６の厚みはおよそ０．１μｍ〜０．２μｍである。第２化合物半導体層２０８は、第１化合物半導体層２０６の表面に設けられている。第２化合物半導体層２０８の材料は、窒化アルミニウムガリウムである。第２化合物半導体層２０８の厚みはおよそ１５ｎｍ〜２５ｎｍである。第１化合物半導体層２０６と第２化合物半導体層２０８によってヘテロ接合が形成されている。

【0035】

第３化合物半導体層２１４は、第２化合物半導体層２０８の表面の一部に設けられている。平面視すると、第３化合物半導体層２１４は、ｐ型化合物半導体層２３０が形成されていない部分のドリフト層２３２と重複する。第３化合物半導体層２１４の材料は、窒化アルミニウムガリウムである。第３化合物半導体層２１４は、ｐ型不純物でとしてマグネシウムをおよそ１×１０^１９ｃｍ^−３含んでいる。第３化合物半導体層２１４の厚みはおよそ７０ｎｍ〜１００ｎｍである。第４化合物半導体層２１６は、第３化合物半導体層２１４の表面に設けられている。第４化合物半導体層２１６の材料は、窒化アルミニウムガリウムである。第４化合物半導体層１６は、マグネシウムをおよそ１×１０^１７〜５×１０^１８ｃｍ^−３含んでいる。第４化合物半導体層２１６の厚みはおよそ１０ｎｍ〜２０ｎｍである。

【0036】

ゲート電極２１８は、第４化合物半導体層２１６の表面に設けられている。ゲート電極１８の材料はニッケルである。ゲート電極２１８は、第４化合物半導体層２１６にオーミック接続されている。ソース電極２２０は、第２化合物半導体層２０８の表面の一部に設けられている。ソース電極２２０は、チタンとアルミニウムの積層電極であり、第２化合物半導体層２０８にオーミック接続されている。ソース電極２２０は、パッシベーション膜２１２によって、ゲート電極２１８から絶縁されている。半導体装置２００を平面視すると、ソース電極２２０とゲート電極２１８の隙間が、ｐ型化合物半導体層２３０と重複する。

【0037】

半導体装置２００は、ドレイン電極２１０に正電圧が印加され、ソース電極２２０に接地電圧が印加され、ゲート電極２１８に正電圧が印加されると、ソース電極２２０から供給された電子が、第１化合物半導体層２０６と第２化合物半導体層２０８の接合面近傍に２次元電子ガス層を横方向に走行する。電子は、ｐ型化合物半導体層２３０の間からドリフト層２３２を走行し、基板２３４を経てドレイン電極１０に到達する。

【0038】

半導体装置２００の場合、ゲート電極２１８への正電圧の印加を停止すると、第３化合物半導体層２１４からヘテロ界面に向けて空乏層が伸びるとともに、ｐ型化合物半導体層２３０からもヘテロ界面に向けて空乏層が伸びる。半導体装置２００のオフ時に、ソース電極２２０からドレイン電極２１０までの導通経路を、より確実に遮断することができる。

【0039】

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0040】

６：第１化合物半導体層
８：第２化合物半導体層
１４：第３化合物半導体層
１６：第４化合物半導体層
１８：ゲート電極
１００：半導体装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】