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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024070020
(43)【公開日】2024-05-22
(54)【発明の名称】窒化物半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/337 20060101AFI20240515BHJP
H01L 21/338 20060101ALI20240515BHJP
H01L 21/20 20060101ALI20240515BHJP
【ＦＩ】
H01L29/80 C
H01L29/80 H
H01L29/80 F
H01L21/20
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022180354
(22)【出願日】2022-11-10
(71)【出願人】
【識別番号】000116024
【氏名又は名称】ローム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(72)【発明者】
【氏名】郡司 祥和
【テーマコード（参考）】
5F102
5F152
【Ｆターム（参考）】
5F102GB01
5F102GC01
5F102GD04
5F102GJ04
5F102GK04
5F102GK08
5F102GL04
5F102GL07
5F102GL08
5F102GL15
5F102GL17
5F102GM04
5F102GM08
5F102GQ01
5F102GR01
5F102GT06
5F102GV05
5F102GV08
5F102HC01
5F152LL05
5F152LM09
5F152LN03
5F152LN18
5F152MM06
5F152NN09
5F152NN27
5F152NP09
5F152NP27
5F152NQ09
5F152NQ17
(57)【要約】
【課題】ゲート閾値電圧を高くする。
【解決手段】窒化物半導体装置１０は、窒化物半導体によって構成された電子走行層１６と、電子走行層１６の上面１６Ａの上に形成され、電子走行層１６よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体によって構成された電子供給層１８と、電子供給層１８の上面１８Ａの上の一部に形成され、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されたゲート層２２と、ゲート層２２の上面２２Ａの上に形成されたゲート電極２４と、電子供給層１８の上に形成されたソース電極２８およびドレイン電極３０と、を備える。ゲート層２２は、電子供給層１８の上において、ソース電極２８とドレイン電極３０との間に位置している。電子供給層１８は、ｎ型不純物を含む。電子走行層１６、電子供給層１８、およびゲート層２２は、各上面の結晶方位が非極性面の層である。
【選択図】図１
【解決手段】窒化物半導体装置１０は、窒化物半導体によって構成された電子走行層１６と、電子走行層１６の上面１６Ａの上に形成され、電子走行層１６よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体によって構成された電子供給層１８と、電子供給層１８の上面１８Ａの上の一部に形成され、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されたゲート層２２と、ゲート層２２の上面２２Ａの上に形成されたゲート電極２４と、電子供給層１８の上に形成されたソース電極２８およびドレイン電極３０と、を備える。ゲート層２２は、電子供給層１８の上において、ソース電極２８とドレイン電極３０との間に位置している。電子供給層１８は、ｎ型不純物を含む。電子走行層１６、電子供給層１８、およびゲート層２２は、各上面の結晶方位が非極性面の層である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
窒化物半導体によって構成された電子走行層と、
前記電子走行層の上面の上に形成され、前記電子走行層よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体によって構成された電子供給層と、
前記電子供給層の上面の上の一部に形成され、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されたゲート層と、
前記ゲート層の上面の上に形成されたゲート電極と、
前記電子供給層の上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、を備え、
前記ゲート層は、前記電子供給層の上において、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に位置しており、
前記電子供給層は、ｎ型不純物を含み、
前記電子走行層、前記電子供給層、および前記ゲート層は、前記各上面の結晶方位が非極性面の層である、窒化物半導体装置。
前記電子走行層の上面の上に形成され、前記電子走行層よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体によって構成された電子供給層と、
前記電子供給層の上面の上の一部に形成され、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されたゲート層と、
前記ゲート層の上面の上に形成されたゲート電極と、
前記電子供給層の上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、を備え、
前記ゲート層は、前記電子供給層の上において、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に位置しており、
前記電子供給層は、ｎ型不純物を含み、
前記電子走行層、前記電子供給層、および前記ゲート層は、前記各上面の結晶方位が非極性面の層である、窒化物半導体装置。
【請求項2】
前記電子走行層、前記電子供給層、および前記ゲート層は、前記各上面の結晶方位がｍ面の層である、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項3】
前記ゲート層は、結晶方位がｃ面である側面を有する、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項4】
窒化物半導体によって構成され、上面の結晶方位が非極性面である基板を備え、
前記電子走行層は、前記基板の前記上面の上に形成されている、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
前記電子走行層は、前記基板の前記上面の上に形成されている、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項5】
前記電子走行層は、前記上面の結晶方位が非極性面である基板の一部である、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項6】
前記電子走行層の前記上面に前記電子供給層が積層されており、前記電子走行層の前記上面と前記電子供給層の下面とが接触している、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項7】
前記電子供給層の前記上面に前記ゲート層が積層されており、前記電子供給層の前記上面と前記ゲート層の下面とが接触している、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項8】
前記ゲート層は、
前記ゲート電極が形成される前記上面および前記電子供給層に接する下面を含むリッジ部と、
前記電子供給層に接する下面を含み、前記リッジ部よりも薄い延在部と、を備える、請求項１～７のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
前記ゲート電極が形成される前記上面および前記電子供給層に接する下面を含むリッジ部と、
前記電子供給層に接する下面を含み、前記リッジ部よりも薄い延在部と、を備える、請求項１～７のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項9】
前記電子走行層は、ＧａＮ層であり、
前記電子供給層は、前記ｎ型不純物であるＳｉを含むＡｌＧａＮ層であり、
前記ゲート層は、前記アクセプタ型不純物を含むＧａＮ層である、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
前記電子供給層は、前記ｎ型不純物であるＳｉを含むＡｌＧａＮ層であり、
前記ゲート層は、前記アクセプタ型不純物を含むＧａＮ層である、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、窒化物半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
現在、窒化ガリウム（ＧａＮ）等のIII族窒化物半導体（以下、単に「窒化物半導体」と言う場合がある）を用いた高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の製品化が進んでいる。ＨＥＭＴは、半導体ヘテロ接合の界面付近に形成された二次元電子ガス（２ＤＥＧ）を導電経路（チャネル）として使用する。ＨＥＭＴを利用したパワーデバイスは、典型的なシリコン（Ｓｉ）パワーデバイスと比較して低オン抵抗および高速・高周波動作を可能にしたデバイスとして認知されている。
【0003】
たとえば、特許文献１に記載の窒化物半導体装置は、窒化ガリウム（ＧａＮ）層によって構成された電子走行層と、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）層によって構成された電子供給層とを含む。これら電子走行層と電子供給層とのヘテロ接合の界面付近において電子走行層中に２ＤＥＧが形成される。また、特許文献１の窒化物半導体装置では、アクセプタ型不純物を含むゲート層（たとえばｐ型ＧａＮ層）が、電子走行層上であってゲート電極の直下の位置に設けられている。この構成では、ゲート層から下方に広がる空乏層によりゲート層の直下のチャネルが消失することによって、ノーマリーオフが実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１７－７３５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に記載されるようなＨＥＭＴにおいて、より確実なノーマリーオフ動作を達成するためには、十分な大きさのゲート閾値電圧を有することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一態様である窒化物半導体装置は、窒化物半導体によって構成された電子走行層と、前記電子走行層の上面の上に形成され、前記電子走行層よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体によって構成された電子供給層と、前記電子供給層の上面の上の一部に形成され、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されたゲート層と、前記ゲート層の上面の上に形成されたゲート電極と、前記電子供給層の上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、を備え、前記ゲート層は、前記電子供給層の上において、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に位置しており、前記電子供給層は、ｎ型不純物を含み、前記電子走行層、前記電子供給層、および前記ゲート層は、前記各上面の結晶方位が非極性面の層である。
【発明の効果】
【0007】
本開示の一態様である窒化物半導体装置によれば、ゲート閾値電圧を高くできる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、添付図面を参照して本開示における窒化物半導体装置の実施形態を説明する。
なお、説明を簡単かつ明確にするために、図面に示される構成要素は必ずしも一定の縮尺で描かれていない。また、理解を容易にするために、断面図では、ハッチング線が省略されている場合がある。添付の図面は、本開示の実施形態を例示するに過ぎず、本開示を制限するものとみなされるべきではない。
なお、説明を簡単かつ明確にするために、図面に示される構成要素は必ずしも一定の縮尺で描かれていない。また、理解を容易にするために、断面図では、ハッチング線が省略されている場合がある。添付の図面は、本開示の実施形態を例示するに過ぎず、本開示を制限するものとみなされるべきではない。
【0010】
以下の詳細な記載は、本開示の例示的な実施形態を具体化する装置、システム、および方法を含む。この詳細な記載は本来説明のためのものに過ぎず、本開示の実施形態またはこのような実施形態の適用および使用を限定することを意図していない。
【0011】
［窒化物半導体装置］
図１を参照して、窒化物半導体装置１０の構成について説明する。
図１は、実施形態に係る窒化物半導体装置１０の概略断面図である。なお、本開示において使用される「平面視」という用語は、図１に示される互いに直交するＸＹＺ軸のＺ軸に沿って上方から窒化物半導体装置１０を視ることをいう。
図１を参照して、窒化物半導体装置１０の構成について説明する。
図１は、実施形態に係る窒化物半導体装置１０の概略断面図である。なお、本開示において使用される「平面視」という用語は、図１に示される互いに直交するＸＹＺ軸のＺ軸に沿って上方から窒化物半導体装置１０を視ることをいう。
【0012】
窒化物半導体装置１０は、窒化物半導体を用いた高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）として構成され得る。窒化物半導体装置１０は、基板１２と、基板１２上に形成された電子走行層１６と、電子走行層１６上に形成された電子供給層１８と、を含む。さらに、窒化物半導体装置１０は、電子供給層１８上に形成されたゲート層２２と、ゲート層２２の上に形成されたゲート電極２４とを含む。
【0013】
基板１２、電子走行層１６、電子供給層１８、およびゲート層２２の各々は、ウルツ鉱型結晶構造を有する窒化物半導体により構成されている。ウルツ鉱型結晶構造を有する窒化物半導体には、ガリウム（Ｇａ）原子などの異種原子および窒素（Ｎ）原子の配置に起因して、ｃ軸方向に自発的な分極が発生する。そのため、ウルツ鉱型結晶構造を有する窒化物半導体は、垂直な方向に分極が発生する極性面の結晶方位と、垂直な方向に分極が発生しない非極性面の結晶方位とを有する。
【0014】
極性面は、ｃ面であり、非極性面は、ｍ面およびａ面である。ウルツ鉱型結晶構造におけるｃ面は、（０００１）面である。ウルツ鉱型結晶構造におけるｍ面は、（１０－１０）面、及び（１０－１０）面と等価な他の面である。ウルツ鉱型結晶構造におけるａ面は、（－２１１０）面、及び（－２１１０）面と等価な他の面である。詳細は後述するが、基板１２、電子走行層１６、電子供給層１８、およびゲート層２２の各々は、各上面の結晶方位が非極性面の層である。
【0015】
（基板）
基板１２は、窒化物半導体により形成された基板である。基板１２は、たとえば、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板である。基板１２の厚さは、たとえば２００μｍ以上１５００μｍ以下である。なお、以下の説明において、明示的に別段の記載がない限り、厚さとは、図１のＺ方向に沿った寸法を指す。
基板１２は、窒化物半導体により形成された基板である。基板１２は、たとえば、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板である。基板１２の厚さは、たとえば２００μｍ以上１５００μｍ以下である。なお、以下の説明において、明示的に別段の記載がない限り、厚さとは、図１のＺ方向に沿った寸法を指す。
【0016】
基板１２は、上面１２Ａの結晶方位が非極性面である非極性基板である。非極性基板は、その上面１２Ａが、結晶構造がなす非極性面に対して特定角度以下の傾きを有する面である場合を含む。上記特定角度は、たとえば、±２度以下であり、±１度以下であることが好ましい。非極性基板は、たとえば、上面１２Ａの結晶方位がｍ面であるｍ面基板、上面１２Ａの結晶方位がａ面であるａ面基板である。
【0017】
（電子走行層）
電子走行層１６は、窒化物半導体によって構成されている。電子走行層１６は、たとえばＧａＮ層である。電子走行層１６の厚さは、たとえば０．５μｍ以上２μｍ以下である。
電子走行層１６は、窒化物半導体によって構成されている。電子走行層１６は、たとえばＧａＮ層である。電子走行層１６の厚さは、たとえば０．５μｍ以上２μｍ以下である。
【0018】
電子走行層１６は、上面１６Ａおよび下面１６Ｂを有する。下面１６Ｂは、電子走行層１６における基板１２の上面１２Ａに対向する面であり、上面１６Ａは、電子走行層１６における下面１６Ｂの反対側に位置する面である。電子走行層１６は、上面１６Ａおよび下面１６Ｂの結晶方位が非極性面である非極性面層である。電子走行層１６を構成する非極性面層は、その上面１６Ａが、結晶構造がなす非極性面に対して特定角度以下の傾きを有する面である場合を含む。上記特定角度は、たとえば、±２度以下であり、±１度以下であることが好ましい。電子走行層１６の一例は、上面１６Ａおよび下面１６Ｂの結晶方位がｍ面であるｍ面層である。電子走行層１６の別の一例は、上面１６Ａおよび下面１６Ｂの結晶方位がａ面であるａ面層である。
【0019】
なお、電子走行層１６におけるリーク電流を抑制するために、電子走行層１６の一部に不純物を導入することによって電子走行層１６の表層領域以外を半絶縁性にしてもよい。この場合、不純物は、たとえば炭素（Ｃ）である。不純物の濃度は、たとえば４×１０１６ｃｍ－３以上とすることができる。すなわち、電子走行層１６は、不純物濃度の異なる複数のＧａＮ層、一例ではＣドープＧａＮ層およびノンドープＧａＮ層を含むことができる。この場合、ＣドープＧａＮ層は、バッファ層上に形成されている。ＣドープＧａＮ層は、０．５μｍ以上２μｍ以下の厚さを有することができる。ＣドープＧａＮ層中のＣ濃度は、５×１０１７ｃｍ－３以上９×１０１９ｃｍ－３以下とすることができる。ノンドープＧａＮ層は、ＣドープＧａＮ層上に形成されている。ノンドープＧａＮ層は、０．０５μｍ以上０．４μｍ以下の厚さを有することができる。ノンドープＧａＮ層は、電子供給層１８と接している。一例では、電子走行層１６は、厚さ０．４μｍのＣドープＧａＮ層と、厚さ０．４μｍのノンドープＧａＮ層とを含む。ＣドープＧａＮ層中のＣ濃度は約２×１０１９ｃｍ－３である。
【0020】
また、図１に示す一例では、電子走行層１６は、基板１２の上面１２Ａに積層されており、基板１２の上面１２Ａと、電子走行層１６の下面１６Ｂとが接している。なお、電子走行層１６は、基板１２の上面１２Ａに接してなく、中間層を介して、基板１２の上に形成されていてもよい。この場合、基板１２と電子走行層１６の間の中間層は、その上面および下面の結晶方位が基板１２と同じ非極性面である非極性面層である。
【0021】
上記中間層としては、たとえば、バッファ層が挙げられる。バッファ層は、基板１２と電子走行層１６との間の熱膨張係数の不整合によるウェハ反りやクラックの発生を抑制することができる任意の材料によって構成され得る。また、バッファ層は、１つまたは複数の窒化物半導体層を含むことができる。バッファ層は、たとえば、窒化物アルミニウム（ＡｌＮ）層、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）層、および異なるアルミニウム（Ａｌ）組成を有するグレーテッドＡｌＧａＮ層のうち少なくとも１つを含んでもよい。たとえば、バッファ層は、ＡｌＮの単膜、ＡｌＧａＮの単膜、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造を有する膜、ＡｌＮ／ＡｌＧａＮ超格子構造を有する膜、またはＡｌＮ／ＧａＮ超格子構造を有する膜などによって構成されていてもよい。
【0022】
一例において、バッファ層は、基板１２上に形成されたＡｌＮ層である第１バッファ層と、ＡｌＮ層（第１バッファ層）上に形成されたＡｌＧａＮ層である第２バッファ層を含むことができる。第１バッファ層はたとえば２００ｎｍの厚さを有するＡｌＮ層であってよく、第２バッファ層はたとえば３００ｎｍの厚さを有するグレーテッドＡｌＧａＮ層であってよい。なお、バッファ層におけるリーク電流を抑制するために、バッファ層の一部に不純物を導入することによってバッファ層の表層領域以外を半絶縁性にしてもよい。この場合、不純物は、たとえば炭素（Ｃ）または鉄（Ｆｅ）である。不純物濃度は、たとえば４×１０１６ｃｍ－３以上とすることができる。
【0023】
（電子供給層）
電子供給層１８は、電子走行層１６よりも大きなバンドギャップを有する。電子供給層１８は、窒化物半導体によって構成されている。電子供給層１８は、たとえばＡｌＧａＮ層である。窒化物半導体では、Ａｌ組成が高いほどバンドギャップが大きくなる。このため、ＡｌＧａＮ層である電子供給層１８は、ＧａＮ層である電子走行層１６よりも大きなバンドギャップを有する。一例では、電子供給層１８は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮによって構成されている。つまり、電子供給層１８は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ層であるといえる。ｘは０＜ｘ＜０．４であり、より好ましくは０．１＜ｘ＜０．３である。電子供給層１８は、たとえば５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の厚さを有することができる。
電子供給層１８は、電子走行層１６よりも大きなバンドギャップを有する。電子供給層１８は、窒化物半導体によって構成されている。電子供給層１８は、たとえばＡｌＧａＮ層である。窒化物半導体では、Ａｌ組成が高いほどバンドギャップが大きくなる。このため、ＡｌＧａＮ層である電子供給層１８は、ＧａＮ層である電子走行層１６よりも大きなバンドギャップを有する。一例では、電子供給層１８は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮによって構成されている。つまり、電子供給層１８は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ層であるといえる。ｘは０＜ｘ＜０．４であり、より好ましくは０．１＜ｘ＜０．３である。電子供給層１８は、たとえば５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の厚さを有することができる。
【0024】
電子供給層１８は、上面１８Ａおよび下面１８Ｂを有する。下面１８Ｂは、電子供給層１８における電子走行層１６の上面１６Ａに対向する面であり、上面１８Ａは、電子供給層１８における下面１８Ｂの反対側に位置する面である。電子供給層１８は、上面１８Ａおよび下面１８Ｂの結晶方位が非極性面である非極性面層である。電子供給層１８を構成する非極性面層は、その上面１８Ａが、結晶構造がなす非極性面に対して特定角度以下の傾きを有する面である場合を含む。上記特定角度は、たとえば、±２度以下であり、±１度以下であることが好ましい。電子供給層１８の一例は、上面１８Ａおよび下面１８Ｂの結晶方位がｍ面であるｍ面層である。電子供給層１８の別の一例は、上面１８Ａおよび下面１８Ｂの結晶方位がａ面であるａ面層である。
【0025】
電子供給層１８は、ｎ型不純物を含む。ｎ型不純物は、たとえば、シリコン（Ｓｉ）である。電子供給層１８は、たとえばｎ型ＡｌＧａＮ層である。ｎ型不純物の濃度は、たとえば、１×１０１９ｃｍ－３以上１×１０２０ｃｍ－３以下である。
【0026】
ｎ型不純物は、非極性面である電子供給層１８の下面１８Ｂに分極電荷を発生させる。ｎ型不純物に基づく電子供給層１８の分極によって、電子走行層１６と電子供給層１８との間のヘテロ接合界面付近における電子走行層１６の伝導帯のエネルギーレベルはフェルミ準位よりも低くなる。これにより、電子走行層１６と電子供給層１８とのヘテロ接合界面に近い位置（たとえば、界面から数ｎｍ程度の距離）において電子走行層１６内には二次元電子ガス（２ＤＥＧ）２０が広がっている。なお、電子走行層１６における２ＤＥＧ２０の発生量は、電子供給層１８中のｎ型不純物の濃度によって調整できる。たとえば、２ＤＥＧ２０の発生量を多くする場合、電子供給層１８中のｎ型不純物の濃度を高めればよい。
【0027】
また、図１に示す一例では、電子供給層１８は、電子走行層１６の上面１６Ａに積層されており、電子走行層１６の上面１６Ａと、電子供給層１８の下面１８Ｂとが接している。なお、電子供給層１８は、電子走行層１６の上面１６Ａに接してなく、中間層を介して、電子走行層１６の上に形成されていてもよい。この場合、電子走行層１６と電子供給層１８の間の中間層は、その上面および下面の結晶方位が電子走行層１６と同じ非極性面である非極性面層である。
【0028】
（ゲート層）
ゲート層２２は、電子供給層１８よりも小さなバンドギャップを有するとともに、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されている。ゲート層２２は、たとえばＡｌＧａＮ層である電子供給層１８よりも小さなバンドギャップを有する任意の材料によって構成され得る。一例では、ゲート層２２は、アクセプタ型不純物がドーピングされたＧａＮ層（ｐ型ＧａＮ層）である。アクセプタ型不純物は、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、およびＣのうち少なくとも１つを含むことができる。ゲート層２２中のアクセプタ型不純物の最大濃度は、たとえば１×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２０ｃｍ－３以下である。
ゲート層２２は、電子供給層１８よりも小さなバンドギャップを有するとともに、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されている。ゲート層２２は、たとえばＡｌＧａＮ層である電子供給層１８よりも小さなバンドギャップを有する任意の材料によって構成され得る。一例では、ゲート層２２は、アクセプタ型不純物がドーピングされたＧａＮ層（ｐ型ＧａＮ層）である。アクセプタ型不純物は、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、およびＣのうち少なくとも１つを含むことができる。ゲート層２２中のアクセプタ型不純物の最大濃度は、たとえば１×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２０ｃｍ－３以下である。
【0029】
上記のように、ゲート層２２にアクセプタ型不純物が含まれることによって、電子走行層１６および電子供給層１８のエネルギーレベルが引き上げられる。このため、ゲート層２２の直下の領域において、電子走行層１６と電子供給層１８との間のヘテロ接合界面付近における電子走行層１６の伝導帯のエネルギーレベルは、フェルミ準位とほぼ同じか、またはそれよりも大きくなる。したがって、ゲート電極２４に電圧を印加していないゼロバイアス時において、ゲート層２２の直下の領域における電子走行層１６には、２ＤＥＧ２０が形成されない。一方、ゲート層２２の直下の領域以外の領域における電子走行層１６には、２ＤＥＧ２０が形成されている。
【0030】
このように、アクセプタ型不純物がドーピングされたゲート層２２の存在によってゲート層２２の直下の領域で２ＤＥＧ２０が空乏化される。その結果、窒化物半導体装置１０のノーマリーオフ動作が実現される。ゲート電極２４に適切なオン電圧が印加されると、ゲート電極２４の直下の領域における電子走行層１６に２ＤＥＧ２０によるチャネルが形成されるため、ソース－ドレイン間が導通する。なお、ゲート層の形状および結晶構造については、後述する。
【0031】
（ゲート電極）
ゲート電極２４は、１つまたは複数の金属層によって構成されている。ゲート電極２４は、一例では窒化チタン（ＴｉＮ）層である。あるいは、ゲート電極２４は、Ｔｉを含む材料によって形成された第１金属層と、第１金属層上に積層され、ＴｉＮを含む材料によって形成された第２金属層とによって構成されていてもよい。ゲート電極２４は、ゲート層２２とショットキー接合を形成することができる。ゲート電極２４は、平面視でゲート層２２よりも小さい領域に形成され得る。ゲート電極２４は、たとえば、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の厚さを有することができる。
ゲート電極２４は、１つまたは複数の金属層によって構成されている。ゲート電極２４は、一例では窒化チタン（ＴｉＮ）層である。あるいは、ゲート電極２４は、Ｔｉを含む材料によって形成された第１金属層と、第１金属層上に積層され、ＴｉＮを含む材料によって形成された第２金属層とによって構成されていてもよい。ゲート電極２４は、ゲート層２２とショットキー接合を形成することができる。ゲート電極２４は、平面視でゲート層２２よりも小さい領域に形成され得る。ゲート電極２４は、たとえば、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の厚さを有することができる。
【0032】
（パッシベーション膜）
窒化物半導体装置１０は、電子供給層１８、ゲート層２２、およびゲート電極２４を覆うパッシベーション膜２６をさらに含む。パッシベーション膜２６は、平面視でゲート層２２に対してＸ方向の両側に設けられたソース開口部２６Ａおよびドレイン開口部２６Ｂを有する。Ｘ方向は、ソース開口部２６Ａおよびドレイン開口部２６Ｂの離隔方向ともいえる。
窒化物半導体装置１０は、電子供給層１８、ゲート層２２、およびゲート電極２４を覆うパッシベーション膜２６をさらに含む。パッシベーション膜２６は、平面視でゲート層２２に対してＸ方向の両側に設けられたソース開口部２６Ａおよびドレイン開口部２６Ｂを有する。Ｘ方向は、ソース開口部２６Ａおよびドレイン開口部２６Ｂの離隔方向ともいえる。
【0033】
パッシベーション膜２６は、たとえば窒化シリコン（ＳｉＮ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ＡｌＮ、および酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）のうちいずれか１つを含む材料によって構成され得る。一例では、パッシベーション膜２６は、ＳｉＮを含む材料によって形成されている。パッシベーション膜２６のうちゲート層２２およびゲート電極２４を覆う部分は、ゲート層２２およびゲート電極２４の表面に沿って形成されているため、非平坦な表面を有する。パッシベーション膜２６は、たとえば、２００ｎｍ以下の厚さを有する。ここで、パッシベーション膜２６の厚さは、たとえば、電子供給層１８に接する部分の厚さであってよいし、ゲート電極２４の上面に接する部分の厚さであってもよい。
【0034】
ソース開口部２６Ａおよびドレイン開口部２６Ｂの各々は、ゲート層２２から離隔されている。ゲート層２２は、ソース開口部２６Ａとドレイン開口部２６Ｂとの間に位置している。ゲート層２２は、Ｘ方向においてドレイン開口部２６Ｂよりもソース開口部２６Ａ寄りに配置されている。つまり、ゲート層２２とドレイン開口部２６ＢとのＸ方向の間の距離は、ゲート層２２とソース開口部２６ＡとのＸ方向の間の距離よりも長い。
【0035】
（ソース電極、ドレイン電極、およびフィールドプレート電極）
窒化物半導体装置１０は、ソース開口部２６Ａを介して電子供給層１８に接しているソース電極２８と、ドレイン開口部２６Ｂを介して電子供給層１８に接しているドレイン電極３０とをさらに含む。
窒化物半導体装置１０は、ソース開口部２６Ａを介して電子供給層１８に接しているソース電極２８と、ドレイン開口部２６Ｂを介して電子供給層１８に接しているドレイン電極３０とをさらに含む。
【0036】
ソース電極２８およびドレイン電極３０は、１つまたは複数の金属層（たとえば、Ｔｉ、Ａｌ、ＡｌＣｕ、ＴｉＮなど）によって構成されている。ソース電極２８およびドレイン電極３０は、それぞれソース開口部２６Ａおよびドレイン開口部２６Ｂを介して２ＤＥＧ２０とオーミック接触している。
【0037】
窒化物半導体装置１０は、パッシベーション膜２６上に形成されたフィールドプレート電極３１をさらに含む。フィールドプレート電極３１は、平面視でゲート層２２とドレイン電極３０との間の領域に少なくとも部分的に延在している。フィールドプレート電極３１は、ドレイン電極３０から離隔されている。したがって、フィールドプレート電極３１は、たとえば、平面視でドレイン電極３０（ドレイン開口部２６Ｂ）とゲート層２２との間に位置する端部３１Ａを含む。
【0038】
フィールドプレート電極３１は、ソース電極２８に電気的に接続されている。その一例として、図１の例においては、フィールドプレート電極３１は、ソース電極２８と連続している。この場合、フィールドプレート電極３１は、ソース電極２８と一体的に形成されている。一体的に形成された電極のうち、ソース電極２８は、少なくともパッシベーション膜２６のソース開口部２６Ａに埋設された部分を含んでいてよく、フィールドプレート電極３１は、残りの部分を含んでいてよい。フィールドプレート電極３１は、ゲート電極２４にゲート電圧が印加されていないゼロバイアス時に、ゲート電極２４の端部近傍の電界集中を緩和する役割を果たす。
【0039】
（ゲート層の形状および結晶構造）
ゲート層２２は、必ずしもこの構成に限定されないが、ステップ構造を有し得る。一例では、ゲート層２２は、リッジ部４２と、リッジ部４２の両側から互いに反対方向に延在する延在部４３を含む。リッジ部４２および延在部４３によって、ゲート層２２のステップ構造が形成されている。
ゲート層２２は、必ずしもこの構成に限定されないが、ステップ構造を有し得る。一例では、ゲート層２２は、リッジ部４２と、リッジ部４２の両側から互いに反対方向に延在する延在部４３を含む。リッジ部４２および延在部４３によって、ゲート層２２のステップ構造が形成されている。
【0040】
リッジ部４２は、ゲート層２２の相対的に厚い部分に相当する。ゲート電極２４は、リッジ部４２に接している。リッジ部４２は、図１のＸＺ平面に沿った断面において矩形状または台形状を有し得る。リッジ部４２は、例えば１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下の厚さを有し得る。リッジ部４２の厚さＴ１とは、リッジ部４２の上面から下面（電子供給層１８に接するゲート層２２の下面２２Ｂ）までの距離のことである。リッジ部４２（ゲート層２２）の厚さＴ１は、ゲート耐圧などの種々のパラメータを考慮して決定され得る。
【0041】
延在部４３は、ソース側延在部４４およびドレイン側延在部４６を含む。ソース側延在部４４は、リッジ部４２からパッシベーション膜２６のソース開口部２６Ａに向かって（図１において－Ｘ方向に）延在している。ドレイン側延在部４６は、リッジ部４２からパッシベーション膜２６のドレイン開口部２６Ｂに向かって（図１において＋Ｘ方向に）延在している。図１の例では、ドレイン側延在部４６は、ソース側延在部４４よりもリッジ部４２から長く延びている。ただし、ソース側延在部４４とドレイン側延在部４６は同じ長さであってもよい。
【0042】
ソース側延在部４４は、例えば１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下の厚さＴ２を有し得る。ソース側延在部４４は、リッジ部４２からソース開口部２６Ａに向かう方向において、例えば０．２μｍ以上０．３μｍ以下の幅Ｗ１を有し得る。ドレイン側延在部４６は、例えば１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下の厚さＴ３を有し得る。ドレイン側延在部４６は、リッジ部４２からドレイン開口部２６Ｂに向かう方向において、例えば０．２μｍ以上０．６μｍ以下の幅Ｗ２を有し得る。ソース側延在部４４の厚さＴ２とドレイン側延在部４６の厚さＴ３は、互いに等しい。ここで、ソース側延在部４４の厚さＴ２とドレイン側延在部４６の厚さＴ３の差がたとえばソース側延在部４４の厚さの１０％以内であれば、ソース側延在部４４の厚さＴ２とドレイン側延在部４６の厚さＴ３とが互いに等しいといえる。
【0043】
ゲート層２２は、上面２２Ａおよび下面２２Ｂを有する。下面２２Ｂは、ゲート層２２における電子供給層１８の上面１８Ａに対向する面であり、上面２２Ａは、ゲート層２２における下面２２Ｂの反対側に位置する面である。ステップ構造を有するゲート層２２の上面２２Ａは、リッジ部４２の上面を意味する。ステップ構造を有するゲート層２２の下面２２Ｂは、リッジ部４２の下面、ソース側延在部４４の下面、およびドレイン側延在部４６の下面を含む面を意味する。
【0044】
ゲート層２２は、上面２２Ａおよび下面２２Ｂの結晶方位が非極性面である非極性面層である。ゲート層２２を構成する非極性面層は、その上面２２Ａが、結晶構造がなす非極性面に対して特定角度以下の傾きを有する面である場合を含む。上記特定角度は、たとえば、±２度以下であり、±１度以下であることが好ましい。ゲート層２２の一例は、上面２２Ａおよび下面２２Ｂの結晶方位がｍ面であるｍ面層である。ゲート層２２の別の一例は、上面２２Ａおよび下面２２Ｂの結晶方位がａ面であるａ面層である。
【0045】
また、ゲート層２２は、結晶方位がｃ面である側面を有することが好ましい。ゲート層２２の側面としては、たとえば、平面視において、リッジ部４２におけるソース電極２８を向く第１側面４２Ａ、リッジ部４２におけるドレイン電極３０を向く第２側面４２Ｂ、ソース側延在部４４におけるソース電極２８を向く第３側面４４Ａ、およびドレイン側延在部４６におけるドレイン電極３０を向く第４側面４６Ａが挙げられる。これらゲート層２２の側面のうちの少なくとも１つの面の結晶方位がｃ面である。なお、ゲート層２２に関して、結晶方位がｃ面である側面は、結晶構造がなすｃ面に対して特定角度以下の傾きを有する側面である場合を含む。上記特定角度は、たとえば、±２度以下であり、±１度以下であることが好ましい。
【0046】
また、図１に示す一例では、ゲート層２２は、電子供給層１８の上面１８Ａに積層されており、電子供給層１８の上面１８Ａと、ゲート層２２の下面２２Ｂとが接している。なお、ゲート層２２は、電子供給層１８の上面１８Ａに接してなく、中間層を介して、電子供給層１８の上に形成されていてもよい。この場合、電子供給層１８とゲート層２２の間の中間層は、その上面および下面の結晶方位が電子供給層１８と同じ非極性面である非極性面層である。
【0047】
［窒化物半導体装置の製造方法］
次に、窒化物半導体装置１０の製造方法の一例を概略的に説明する。以下では、基板１２がｍ面基板であり、電子走行層１６、電子供給層１８、およびゲート層２２の各々がｍ面層である場合について説明する。
次に、窒化物半導体装置１０の製造方法の一例を概略的に説明する。以下では、基板１２がｍ面基板であり、電子走行層１６、電子供給層１８、およびゲート層２２の各々がｍ面層である場合について説明する。
【0048】
【0049】
図２に示されるように、窒化物半導体装置１０の製造方法は、基板１２上に、第１窒化物半導体層５１、第２窒化物半導体層５２、および第３窒化物半導体層５３を形成することを含む。第１窒化物半導体層５１は、窒化物半導体装置１０の電子走行層１６を形成する層である。第２窒化物半導体層５２は、窒化物半導体装置１０の電子供給層１８を形成する層である。第３窒化物半導体層５３は、窒化物半導体装置１０のゲート層２２を形成する層である。
【0050】
基板１２として、上面１２Ａの結晶方位がｍ面であるｍ面基板が用意される。ｍ面基板は、たとえば、ｃ軸方向にバルク成長させたＧａＮを、ｍ面に平行な面で切り出すことにより得られる。第１窒化物半導体層５１、第２窒化物半導体層５２、および第３窒化物半導体層５３は、有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）法を用いて、基板１２上にエピタキシャル成長させることができる。これらの層は、格子定数の比較的近い窒化物半導体から形成されているため、連続的にエピタキシャル成長させることができる。
【0051】
第１窒化物半導体層５１、第２窒化物半導体層５２、および第３窒化物半導体層５３は、基板１２上に順に積層されることによって形成される。このとき、第１窒化物半導体層５１、第２窒化物半導体層５２、および第３窒化物半導体層５３は、基板１２の結晶構造を引き継いで形成される。つまり、基板１２の上面１２Ａはｍ面であることから、基板１２上に形成される第１窒化物半導体層５１の成長方向は、ｍ面に直交する方向になる。そのため、第１窒化物半導体層５１は、上面５１Ａ及び下面５１Ｂが共にｍ面であるｍ面層になる。同様の理由により、第１窒化物半導体層５１上に形成される第２窒化物半導体層５２も上面５２Ａ及び下面５２Ｂが共にｍ面であるｍ面層になり、第２窒化物半導体層５２上に形成される第３窒化物半導体層５３も上面５３Ａ及び下面５３Ｂが共にｍ面であるｍ面層になる。
【0052】
なお、第１窒化物半導体層５１、第２窒化物半導体層５２、および第３窒化物半導体層５３は、基板１２の各々のエピタキシャル成長中に、必要に応じて、成長チャンバ内にドーピングガスを導入してもよい。これにより、所望の層に不純物をドーピングすることができる。たとえば、第２窒化物半導体層５２のエピタキシャル成長中に、ｎ型不純物としてＳｉをドーピングする。これにより、ｎ型不純物を含む第２窒化物半導体層５２を形成できる。
【0053】
また、窒化物半導体装置１０の製造方法は、ゲート電極２４を形成することを含む。ゲート電極２４は、第３窒化物半導体層５３上に形成された金属層をリソグラフィおよびエッチングによって選択的に除去して形成される。
【0054】
さらに、窒化物半導体装置１０の製造方法は、ソース側延在部４４およびドレイン側延在部４６を形成することを含む。ソース側延在部４４およびドレイン側延在部４６は、第３窒化物半導体層５３をリソグラフィおよびエッチングによって選択的に除去して形成される。エッチングに際してマスクされる第３窒化物半導体層５３の部分はリッジ部４２として残される。
【0055】
［作用］
次に、窒化物半導体装置１０の作用を説明する。
窒化物半導体装置１０は、窒化物半導体により構成されている電子走行層１６、電子供給層１８、およびゲート層２２の各層が、上面および下面の結晶方位が非極性面である非極性面層である。
次に、窒化物半導体装置１０の作用を説明する。
窒化物半導体装置１０は、窒化物半導体により構成されている電子走行層１６、電子供給層１８、およびゲート層２２の各層が、上面および下面の結晶方位が非極性面である非極性面層である。
【0056】
この場合、電子供給層１８の下面１８Ｂは、非極性面であるため、下面１８Ｂには、結晶構造の非対称性に起因する分極電荷は発生しない。そのため、電子走行層１６に発生する２ＤＥＧ２０の発生量は、電子供給層１８にドーピングしたｎ型不純物の濃度に依存した量になる。したがって、電子供給層１８中のｎ型不純物の濃度を変化させることによって、電子走行層１６に発生する２ＤＥＧ２０の発生量を調整することが容易である。よって、窒化物半導体装置１０は、２ＤＥＧ２０の発生量を、ゲート閾値電圧をより高くできる範囲に調整することが可能であり、そのように調整することによってゲート閾値電圧を高くすることができる。
【0057】
また、所定の基板上にエピタキシャル成長により形成された窒化物半導体層には、基板の格子定数と窒化物半導体層の格子定数との不整合などに起因して、転位欠陥（結晶欠陥）が生じる場合がある。この転位欠陥の密度および形成方向は、基板の上面の結晶方位に応じて変化する。詳述すると、転位欠陥は、結晶構造のｃ軸方向に延びる。また、エピタキシャル成長により窒化物半導体層を形成する際の成長方向（形成される窒化物半導体層の厚さ方向）がｃ軸方向である場合、転位欠陥は、同一層内および層間を跨いで成長方向に引き継がれる。
【0058】
図３は、ｃ軸方向に成長させて形成された窒化物半導体により構成される、電子走行層１１６、電子供給層１１８、およびゲート層１２２を備える参考例の窒化物半導体装置の概略断面図である。図３では、電子走行層１１６、電子供給層１１８、およびゲート層１２２に生じ得る転位欠陥Ｄ１～Ｄ３を模式的に示している。電子走行層１１６、電子供給層１１８、およびゲート層１２２の構成は、各々の上面および下面の結晶方位がｃ面である点を除いて、上記実施形態の窒化物半導体装置１０の電子走行層１６、電子供給層１８、およびゲート層２２と同様である。なお、図３は、図１における範囲Ａ１に対応する部分を示している。また、理解を容易にするために、図３では、図１の構成要素と同様な構成要素には同一の符号が付されている場合がある。
【0059】
図３に示すように、電子走行層１１６に生じる転位欠陥Ｄ１は、図示しない基板の上面の転位欠陥を引き継いで形成されるとともに、成長方向である厚さ方向（Ｚ方向）に延びる。電子供給層１１８に生じる転位欠陥Ｄ２は、電子走行層１１６の上面１１６Ａに達した転位欠陥Ｄ１を引き継いで形成されるとともに、成長方向である厚さ方向（Ｚ方向）に延びる。同様に、ゲート層１２２に生じる転位欠陥Ｄ３は、電子供給層１１８の上面１１８Ａに達した転位欠陥Ｄ２を引き継いで形成されるとともに、成長方向である厚さ方向（Ｚ方向）に延びる。
【0060】
ゲート層１２２において、その厚さ方向に延びる転位欠陥Ｄ３は、ゲート層１２２の上面１２２Ａに設けられるゲート電極１２４と、ゲート層１２２の下面１２２Ｂに接する電子供給層１１８との間の電気的なリークパスになる。このリークパスは、ゲート電極１２４と電子走行層１６内に形成される２ＤＥＧ２０との間のリークパスということもできる。この場合、ゲート層１２２に生じた転位欠陥Ｄ３に起因するゲートリーク電流を考慮してゲート定格電圧を設定する必要が生じるため、ゲート定格電圧を高くすることが難しくなる。
【0061】
これに対して、窒化物半導体装置１０の電子走行層１６、電子供給層１８、およびゲート層２２の各層は、上面および下面の結晶方位が非極性面である非極性面層である。つまり、電子走行層１６、電子供給層１８、およびゲート層２２の各層は、ｃ軸方向に直交する方向にエピタキシャル成長させることにより形成された層である。そのため、基板１２の上面１２Ａに転位欠陥が生じていたとしても、その転位欠陥が電子走行層１６に引き継がれないため、電子走行層１６に生じる転位欠陥が少なくなる。同様に、電子走行層１６から電子供給層１８、および電子供給層１８からゲート層２２に転位欠陥が電子走行層１６に引き継がれないため、電子供給層１８およびゲート層２２に生じる転位欠陥が少なくなる。
【0062】
また、電子走行層１６、電子供給層１８、およびゲート層２２は、上面および下面の結晶方位が非極性面である非極性面層であるため、転位欠陥が生じたとしても、その形成方向であるｃ軸方向は、上面および下面に沿った方向になる。そのため、生じた転位欠陥が層の厚さ方向のリークパスになり難い。ゲート層２２の場合、ゲート層２２に生じた転位欠陥が、ゲート電極２４と電子供給層１８との間の電気的なリークパスになり難い。
【0063】
このように、窒化物半導体装置１０の電子走行層１６、電子供給層１８、およびゲート層２２の各層を、上面および下面の結晶方位が非極性面である非極性面層とすることにより、これら各層に生じる転位欠陥を少なくできる。また、転位欠陥が生じたとしても、その転位欠陥が層の厚さ方向のリークパスになり難い。この場合、ゲート層２２に生じた転位欠陥に起因するゲートリーク電流が抑制されるため、ゲート定格電圧をより高く設定できる。
【0064】
［効果］
窒化物半導体装置１０によれば、以下の効果が得られる。
（１－１）
窒化物半導体装置１０は、窒化物半導体によって構成された電子走行層１６と、電子走行層１６の上面１６Ａの上に形成され、電子走行層１６よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体によって構成された電子供給層１８と、電子供給層１８の上面１８Ａの上の一部に形成され、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されたゲート層２２と、ゲート層２２の上面２２Ａの上に形成されたゲート電極２４と、電子供給層１８の上に形成されたソース電極２８およびドレイン電極３０と、を備える。ゲート層２２は、電子供給層１８の上において、ソース電極２８とドレイン電極３０との間に位置している。電子供給層１８は、ｎ型不純物を含む。電子走行層１６、電子供給層１８、およびゲート層２２は、各上面の結晶方位が非極性面の層である。
窒化物半導体装置１０によれば、以下の効果が得られる。
（１－１）
窒化物半導体装置１０は、窒化物半導体によって構成された電子走行層１６と、電子走行層１６の上面１６Ａの上に形成され、電子走行層１６よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体によって構成された電子供給層１８と、電子供給層１８の上面１８Ａの上の一部に形成され、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されたゲート層２２と、ゲート層２２の上面２２Ａの上に形成されたゲート電極２４と、電子供給層１８の上に形成されたソース電極２８およびドレイン電極３０と、を備える。ゲート層２２は、電子供給層１８の上において、ソース電極２８とドレイン電極３０との間に位置している。電子供給層１８は、ｎ型不純物を含む。電子走行層１６、電子供給層１８、およびゲート層２２は、各上面の結晶方位が非極性面の層である。
【0065】
この構成によれば、電子供給層１８中のｎ型不純物の濃度を変化させることによって、２ＤＥＧ２０の発生量を、ゲート閾値電圧をより高くできる範囲に調整することが可能であり、そのように調整することによってゲート閾値電圧を高くすることができる。
【0066】
さらに、この構成によれば、ゲート層２２に転位欠陥が生じ難く、かつ転位欠陥が生じたとしても、その転位欠陥がゲート層２２の厚さ方向のリークパスになり難い。これにより、ゲート層２２に生じた転位欠陥に起因するゲートリーク電流が抑制されるため、ゲート定格電圧をより高く設定できる。ゲート定格電圧を高く設定できることにより、ゲート閾値電圧を高くした場合にも、ゲートドライブ電圧とゲート閾値電圧の差分を確保することができるため、通電量の低下を抑制できる。
【0067】
（１－２）
電子走行層１６、電子供給層１８、およびゲート層２２は、各上面の結晶方位がｍ面の層である。この構成によれば、上記（１－１）の効果をより確実に得ることができる。
電子走行層１６、電子供給層１８、およびゲート層２２は、各上面の結晶方位がｍ面の層である。この構成によれば、上記（１－１）の効果をより確実に得ることができる。
【0068】
（１－３）
ゲート層２２は、結晶方位がｃ面である側面を有する。この構成によれば、ゲート層２２の上面２２Ａの結晶方位を非極性面にすることが容易である。よって、上記（１－１）の効果をより確実に得ることができる。
ゲート層２２は、結晶方位がｃ面である側面を有する。この構成によれば、ゲート層２２の上面２２Ａの結晶方位を非極性面にすることが容易である。よって、上記（１－１）の効果をより確実に得ることができる。
【0069】
（１－４）
窒化物半導体装置１０は、窒化物半導体によって構成され、上面１２Ａの結晶方位が非極性面である基板１２を備える。電子走行層１６は、基板１２の上面１２Ａの上に形成されている。この構成によれば、基板１２の上に、電子走行層１６、電子供給層１８、およびゲート層２２をエピタキシャル成長させることにより、電子走行層１６、電子供給層１８、およびゲート層２２の各層を、上面の結晶方位が非極性面の層として容易に形成できる。
窒化物半導体装置１０は、窒化物半導体によって構成され、上面１２Ａの結晶方位が非極性面である基板１２を備える。電子走行層１６は、基板１２の上面１２Ａの上に形成されている。この構成によれば、基板１２の上に、電子走行層１６、電子供給層１８、およびゲート層２２をエピタキシャル成長させることにより、電子走行層１６、電子供給層１８、およびゲート層２２の各層を、上面の結晶方位が非極性面の層として容易に形成できる。
【0070】
（１－５）ゲート層２２は、ゲート電極２４が形成される上面２２Ａ及び電子供給層１８に接する下面２２Ｂを含むリッジ部４２と、電子供給層１８に接する下面２２Ｂを含み、リッジ部４２よりも薄い延在部４３と、を備える。この構成によれば、ゲート電極２４への正電圧の印加時に、ゲート層２２の電界集中を緩和できる。そのため、ゲートリーク電流の発生をさらに抑制できる。
【0071】
＜変更例＞
上記実施形態は例えば以下のように変更できる。上記実施形態と以下の各変更例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。なお、以下の変更例において、上記実施形態と共通する部分については、上記実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
上記実施形態は例えば以下のように変更できる。上記実施形態と以下の各変更例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。なお、以下の変更例において、上記実施形態と共通する部分については、上記実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
【0072】
・ゲート層２２は、図１に示すソース側延在部４４およびドレイン側延在部４６のいずれか一方または両方を有していない形状であってもよい。
・図４に示される変更例の窒化物半導体装置２００は、電子走行層１６が基板１２を兼ねている。つまり、窒化物半導体装置２００の電子走行層１６は、上面１６Ａの結晶方位が非極性面である基板１２の一部である。窒化物半導体装置２００は、たとえば、ｃ軸方向にバルク成長させたＧａＮを、電子走行層１６分の厚さを有するように、非極性面に平行な面で切り出して得られる基板１２の上に、電子供給層１８、およびゲート層２２をエピタキシャル成長させることにより製造できる。
・図４に示される変更例の窒化物半導体装置２００は、電子走行層１６が基板１２を兼ねている。つまり、窒化物半導体装置２００の電子走行層１６は、上面１６Ａの結晶方位が非極性面である基板１２の一部である。窒化物半導体装置２００は、たとえば、ｃ軸方向にバルク成長させたＧａＮを、電子走行層１６分の厚さを有するように、非極性面に平行な面で切り出して得られる基板１２の上に、電子供給層１８、およびゲート層２２をエピタキシャル成長させることにより製造できる。
【0073】
・上記各実施形態では、窒化物半導体装置１０は、窒化物半導体ＨＥＭＴとして構成されたが、窒化物半導体ＨＥＭＴに限定されず、窒化物半導体ダイオードとして構成されてもよい。
【0074】
本開示で使用される「～上に」という用語は、文脈によって明らかにそうでないことが示されない限り、「～上に」と「～の上方に」との双方の意味を含む。したがって、「第１層が第２層上に形成される」という表現は、或る実施形態では第１層が第２層に接触して第２層上に直接配置され得るが、他の実施形態では第１層が第２層に接触することなく第２層の上方に配置され得ることが意図される。すなわち、「～上に」という用語は、第１層と第２層との間に他の層が形成される構造を排除しない。
【0075】
本開示で使用されるＺ方向は必ずしも鉛直方向である必要はなく、鉛直方向に完全に一致している必要もない。したがって、本開示による種々の構造は、本明細書で説明されるＺ方向の「上」および「下」が鉛直方向の「上」および「下」であることに限定されない。例えば、Ｘ方向が鉛直方向であってもよく、またはＹ方向が鉛直方向であってもよい。
【0076】
本開示における「第１」、「第２」、「第３」等の用語は、単に対象物を区別するために用いられており、対象物を順位づけするものではない。
＜付記＞
本開示から把握できる技術的思想を以下に記載する。なお、限定する意図ではなく理解の補助のために、付記に記載される構成要素には、実施形態中の対応する構成要素の参照符号が付されている。参照符号は、理解の補助のために例として示すものであり、各付記に記載された構成要素は、参照符号で示される構成要素に限定されるべきではない。
＜付記＞
本開示から把握できる技術的思想を以下に記載する。なお、限定する意図ではなく理解の補助のために、付記に記載される構成要素には、実施形態中の対応する構成要素の参照符号が付されている。参照符号は、理解の補助のために例として示すものであり、各付記に記載された構成要素は、参照符号で示される構成要素に限定されるべきではない。
【0077】
［付記１］
窒化物半導体によって構成された電子走行層（１６）と、
前記電子走行層（１６）の上面（１６Ａ）の上に形成され、前記電子走行層（１６）よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体によって構成された電子供給層（１８）と、
前記電子供給層（１８）の上面（１８Ａ）の上の一部に形成され、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されたゲート層（２２）と、
前記ゲート層（２２）の上面（２２Ａ）の上に形成されたゲート電極（２４）と、
前記電子供給層（１８）の上に形成されたソース電極（２８）およびドレイン電極（３０）と、を備え、
前記ゲート層（２２）は、前記電子供給層（１８）の上において、前記ソース電極（２８）と前記ドレイン電極（３０）との間に位置しており、
前記電子供給層は、ｎ型不純物を含み、
前記電子走行層（１６）、前記電子供給層（１８）、および前記ゲート層（２２）は、前記上面の結晶方位が非極性面の層である、窒化物半導体装置（１０，２００）。
窒化物半導体によって構成された電子走行層（１６）と、
前記電子走行層（１６）の上面（１６Ａ）の上に形成され、前記電子走行層（１６）よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体によって構成された電子供給層（１８）と、
前記電子供給層（１８）の上面（１８Ａ）の上の一部に形成され、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されたゲート層（２２）と、
前記ゲート層（２２）の上面（２２Ａ）の上に形成されたゲート電極（２４）と、
前記電子供給層（１８）の上に形成されたソース電極（２８）およびドレイン電極（３０）と、を備え、
前記ゲート層（２２）は、前記電子供給層（１８）の上において、前記ソース電極（２８）と前記ドレイン電極（３０）との間に位置しており、
前記電子供給層は、ｎ型不純物を含み、
前記電子走行層（１６）、前記電子供給層（１８）、および前記ゲート層（２２）は、前記上面の結晶方位が非極性面の層である、窒化物半導体装置（１０，２００）。
【0078】
［付記２］
前記電子走行層（１６）、前記電子供給層（１８）、および前記ゲート層（２２）は、前記各上面の結晶方位がｍ面の層である、付記１に記載の窒化物半導体装置（１０，２００）。
前記電子走行層（１６）、前記電子供給層（１８）、および前記ゲート層（２２）は、前記各上面の結晶方位がｍ面の層である、付記１に記載の窒化物半導体装置（１０，２００）。
【0079】
［付記３］
前記ゲート層（２２）は、結晶方位がｃ面である側面（４２Ａ，４２Ｂ，４４Ａ，４６Ａ）を有する、付記１または付記２に記載の窒化物半導体装置（１０，２００）。
前記ゲート層（２２）は、結晶方位がｃ面である側面（４２Ａ，４２Ｂ，４４Ａ，４６Ａ）を有する、付記１または付記２に記載の窒化物半導体装置（１０，２００）。
【0080】
［付記４］
窒化物半導体によって構成され、上面（１２Ａ）の結晶方位が非極性面である基板（１２）を備え、
前記電子走行層（１６）は、前記基板（１２）の前記上面（１２Ａ）の上に形成されている、付記１～３のいずれか１つに記載の窒化物半導体装置（１０）。
窒化物半導体によって構成され、上面（１２Ａ）の結晶方位が非極性面である基板（１２）を備え、
前記電子走行層（１６）は、前記基板（１２）の前記上面（１２Ａ）の上に形成されている、付記１～３のいずれか１つに記載の窒化物半導体装置（１０）。
【0081】
［付記５］
前記電子走行層（１６）は、前記上面（１６Ａ）の結晶方位が非極性面である基板の一部である、付記１～３のいずれか１つに記載の窒化物半導体装置（２００）。
前記電子走行層（１６）は、前記上面（１６Ａ）の結晶方位が非極性面である基板の一部である、付記１～３のいずれか１つに記載の窒化物半導体装置（２００）。
【0082】
［付記６］
前記電子走行層（１６）の前記上面（１６Ａ）に前記電子供給層（１８）が積層されており、前記電子走行層（１６）の前記上面（１６Ａ）と前記電子供給層（１８）の下面（１８Ｂ）とが接触している、付記１～５のいずれか１つに記載の窒化物半導体装置（１０，２００）。
前記電子走行層（１６）の前記上面（１６Ａ）に前記電子供給層（１８）が積層されており、前記電子走行層（１６）の前記上面（１６Ａ）と前記電子供給層（１８）の下面（１８Ｂ）とが接触している、付記１～５のいずれか１つに記載の窒化物半導体装置（１０，２００）。
【0083】
［付記７］
前記電子供給層（１８）の前記上面（１８Ａ）に前記ゲート層（２２）が積層されており、前記電子供給層（１８）の前記上面（１８Ａ）と前記ゲート層（２２）の下面（２２Ｂ）とが接触している、付記１～６のいずれか１つに記載の窒化物半導体装置（１０，２００）。
前記電子供給層（１８）の前記上面（１８Ａ）に前記ゲート層（２２）が積層されており、前記電子供給層（１８）の前記上面（１８Ａ）と前記ゲート層（２２）の下面（２２Ｂ）とが接触している、付記１～６のいずれか１つに記載の窒化物半導体装置（１０，２００）。
【0084】
［付記８］
前記ゲート層（２２）は、
前記ゲート電極（２４）が形成される前記上面（２２Ａ）および前記電子供給層（１８）に接する下面（２２Ｂ）を含むリッジ部（４２）と、
前記電子供給層（１８）に接する下面（２２Ｂ）を含み、前記リッジ部（４２）よりも薄い延在部（４３）と、を備える、付記１～７のいずれか１つに記載の窒化物半導体装置（１０，２００）。
前記ゲート層（２２）は、
前記ゲート電極（２４）が形成される前記上面（２２Ａ）および前記電子供給層（１８）に接する下面（２２Ｂ）を含むリッジ部（４２）と、
前記電子供給層（１８）に接する下面（２２Ｂ）を含み、前記リッジ部（４２）よりも薄い延在部（４３）と、を備える、付記１～７のいずれか１つに記載の窒化物半導体装置（１０，２００）。
【0085】
［付記９］
前記電子走行層（１６）は、ＧａＮ層であり、
前記電子供給層（１８）は、前記ｎ型不純物であるＳｉを含むＡｌＧａＮ層であり、
前記ゲート層（２２）は、前記アクセプタ型不純物を含むＧａＮ層である、付記１～８のいずれか１つに記載の窒化物半導体装置（１０，２００）。
前記電子走行層（１６）は、ＧａＮ層であり、
前記電子供給層（１８）は、前記ｎ型不純物であるＳｉを含むＡｌＧａＮ層であり、
前記ゲート層（２２）は、前記アクセプタ型不純物を含むＧａＮ層である、付記１～８のいずれか１つに記載の窒化物半導体装置（１０，２００）。
【符号の説明】
【0086】
Ａ１…範囲
Ｄ１～Ｄ３…転移欠陥
１０，２００…窒化物半導体装置
Ｔ１～Ｔ３…厚さ
Ｗ１，Ｗ２…幅
１２…基板
１２Ａ…上面
１６，１１６…電子走行層
１６Ａ，１１６Ａ…上面
１６Ｂ…下面
１８，１１８…電子供給層
１８Ａ，１１８Ａ…上面
１８Ｂ…下面
２０…２ＤＥＧ（二次元電子ガス）
２２，１２２…ゲート層
２２Ａ，１２２Ａ…上面
２２Ｂ，１２２Ｂ…下面
２４，１２４…ゲート電極
２６…パッシベーション膜
２６Ａ…ソース開口部
２６Ｂ…ドレイン開口部
２８…ソース電極
３０…ドレイン電極
３１…フィールドプレート電極
３１Ａ…端部
４２…リッジ部
４２Ａ…第１側面
４２Ｂ…第２側面
４３…延在部
４４…ソース側延在部
４４Ａ…第３側面
４６…ドレイン側延在部
４６Ａ…第４側面
５１…第１窒化物半導体層
５１Ａ…上面
５１Ｂ…下面
５２…第２窒化物半導体層
５２Ａ…上面
５２Ｂ…下面
５３…第３窒化物半導体層
５３Ａ…上面
５３Ｂ…下面
Ｄ１～Ｄ３…転移欠陥
１０，２００…窒化物半導体装置
Ｔ１～Ｔ３…厚さ
Ｗ１，Ｗ２…幅
１２…基板
１２Ａ…上面
１６，１１６…電子走行層
１６Ａ，１１６Ａ…上面
１６Ｂ…下面
１８，１１８…電子供給層
１８Ａ，１１８Ａ…上面
１８Ｂ…下面
２０…２ＤＥＧ（二次元電子ガス）
２２，１２２…ゲート層
２２Ａ，１２２Ａ…上面
２２Ｂ，１２２Ｂ…下面
２４，１２４…ゲート電極
２６…パッシベーション膜
２６Ａ…ソース開口部
２６Ｂ…ドレイン開口部
２８…ソース電極
３０…ドレイン電極
３１…フィールドプレート電極
３１Ａ…端部
４２…リッジ部
４２Ａ…第１側面
４２Ｂ…第２側面
４３…延在部
４４…ソース側延在部
４４Ａ…第３側面
４６…ドレイン側延在部
４６Ａ…第４側面
５１…第１窒化物半導体層
５１Ａ…上面
５１Ｂ…下面
５２…第２窒化物半導体層
５２Ａ…上面
５２Ｂ…下面
５３…第３窒化物半導体層
５３Ａ…上面
５３Ｂ…下面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】