特許 7450229 窒化物半導体装置

(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】

(24)【登録日】2024-03-07

(45)【発行日】2024-03-15

(54)【発明の名称】窒化物半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/337 20060101AFI20240308BHJP

   H01L 21/338 20060101ALI20240308BHJP

   H01L 29/808 20060101ALI20240308BHJP

   H01L 29/812 20060101ALI20240308BHJP

   H01L 29/778 20060101ALI20240308BHJP

   H01L 21/265 20060101ALI20240308BHJP

   H01L 29/12 20060101ALI20240308BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20240308BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20240308BHJP

【ＦＩ】

H01L29/80 V

H01L29/80 H

H01L21/265 601A

H01L29/78 652T

H01L29/78 654Z

H01L29/78 652E

H01L29/78 658A

H01L29/78 658F

H01L29/78 652C

H01L29/78 658E

H01L29/78 652D

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021167164

(22)【出願日】2021-10-12

(65)【公開番号】P2023057605

(43)【公開日】2023-04-24

【審査請求日】2023-04-26

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和２年度、文部科学省、科学技術試験研究委託事業「省エネルギー社会の実現に資する次世代半導体研究開発（パワーデバイス・システム領域）」、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(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】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】成田 哲生

(72)【発明者】

【氏名】加地 徹

【審査官】岩本 勉

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－２７３８５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００７／０７７６６６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００９／１１３６１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１６８５０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／００４５４３８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０００６３４６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２９／７７８

Ｈ０１Ｌ ２９／８１２

Ｈ０１Ｌ ２９／８０８

Ｈ０１Ｌ ２１／３３７

Ｈ０１Ｌ ２１／３３８

Ｈ０１Ｌ ２１／２６５

Ｈ０１Ｌ ２９／１２

Ｈ０１Ｌ ２９／７８

Ｈ０１Ｌ ２１／３３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体層と、絶縁ゲート部と、を備える窒化物半導体装置であって、
前記半導体層は、
ｎ型窒化ガリウムの第１層と、
前記第１層の上面に接しているｐ型窒化ガリウムの第２層と、
前記第２層の上面に接している窒化アルミニウムガリウム層と、
前記窒化アルミニウムガリウム層の上面に接しており、前記半導体層の表面に露出している、窒化ガリウムのチャネル層と、
前記第２層によって前記第１層から隔てられており、前記半導体層の表面に露出する位置に配置されている、ｎ型窒化ガリウムのソース領域と、
前記チャネル層の表面から前記窒化アルミニウムガリウム層および前記第２層を貫通して前記第１層に到達している低抵抗領域であって、前記チャネル層、前記窒化アルミニウムガリウム層および前記第２層によって前記ソース領域から隔てられている前記低抵抗領域と、
を備えており、
前記絶縁ゲート部は、前記半導体層の表面上に設けられており、前記低抵抗領域と前記ソース領域との間に配置されている前記チャネル層に対向しており、
前記窒化アルミニウムガリウム層のアルミニウム組成が、前記第２層に接する下面から前記チャネル層に接する上面に向かって低くなる傾斜を有している、
窒化物半導体装置。

【請求項2】

前記窒化アルミニウムガリウム層のアルミニウム組成の傾斜が、１マイクロメートルあたり０．６以上である、請求項１に記載の窒化物半導体装置。

【請求項3】

前記チャネル層のｐ型不純物濃度が、前記第２層のｐ型不純物濃度よりも低い、請求項１または２に記載の窒化物半導体装置。

【請求項4】

前記チャネル層は、ｐ型不純物がドープされていない窒化ガリウムである、請求項３に記載の窒化物半導体装置。

【請求項5】

前記チャネル層の厚さは０．０５μｍ以下である、請求項１～４の何れか１項に記載の窒化物半導体装置。

【請求項6】

前記第２層のｐ型不純物濃度は、前記第２層の上面に２次元電子ガスが発生しない濃度である、請求項１～５の何れか１項に記載の窒化物半導体装置。

【請求項7】

前記低抵抗領域は、ｎ型の窒化物半導体で構成されている、請求項１～６の何れか１項に記載の窒化物半導体装置。

【請求項8】

前記第２層よりも前記窒化アルミニウムガリウム層の方が薄く、
前記窒化アルミニウムガリウム層よりも前記チャネル層の方が薄い、請求項１～７の何れか１項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】

本明細書に開示する技術は、窒化物半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

窒化ガリウムなどの窒化物半導体の縦型MOSFETでは、しきい電圧を高めることでノーマリーオフ特性とすることが要求されている。非特許文献１には、チャネル層に含まれるｐ型不純物（マグネシウム）の濃度を増加させることで、しきい電圧を上昇させる技術が開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】Takashima et al., "Control of the inversion-channel MOS properties by Mg doping in homoepitaxial p-GaN layers", Appl. Phys. Express 10, 121004 (2017)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

マグネシウム添加濃度を増やすことでしきい電圧を上昇させる場合には、マグネシウムによってチャネル電子が散乱されてしまうため、チャネル移動度が減少してしまう。そこで、マグネシウム添加ＧａＮ層とゲート絶縁膜との界面に薄膜のアンドープＧａＮ層（例：１０～５０ｎｍ）を配置することで、電子散乱を抑制し、チャネル移動度を増加させることが考えられる。しかしマグネシウムは窒化ガリウム中で容易に拡散するため、アンドープＧａＮ層へのマグネシウムの拡散を抑制することが困難である。一方、マグネシウムの拡散を避けるため、アンドープＧａＮ層を厚くすると（例：１００ｎｍ以上）、しきい電圧が低下し、ノーマリーオフを実現できない。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書に開示する窒化物半導体装置は、半導体層と、絶縁ゲート部と、を備える。半導体層は、ｎ型窒化ガリウムの第１層を備える。半導体層は、第１層の上面に接しているｐ型窒化ガリウムの第２層を備える。半導体層は、第２層の上面に接している窒化アルミニウムガリウム層を備える。半導体層は、窒化アルミニウムガリウム層の上面に接しており、半導体層の表面に露出している、窒化ガリウムのチャネル層を備える。半導体層は、第２層によって第１層から隔てられており、半導体層の表面に露出する位置に配置されている、ｎ型窒化ガリウムのソース領域を備える。半導体層は、チャネル層の表面から窒化アルミニウムガリウム層および第２層を貫通して第１層に到達している低抵抗領域を備える。低抵抗領域は、チャネル層、窒化アルミニウムガリウム層および第２層によってソース領域から隔てられている。絶縁ゲート部は、半導体層の表面上に設けられており、低抵抗領域とソース領域との間に配置されているチャネル層に対向している。窒化アルミニウムガリウム層のアルミニウム組成が、第２層に接する下面からチャネル層に接する上面に向かって低くなる傾斜を有している。

【0006】

窒化アルミニウムガリウム層のアルミニウム組成が下面から上面に向かって低くなる傾斜を有することで、負の分極電荷を発生させることができる。この負の分極電荷により、その上面に配置されているチャネル層に、電荷中性を保つための正孔を発生させることができる。チャネル層の電子を打ち消すことができるため、しきい電圧を高めることが可能となる。しきい電圧を上昇させるために、チャネル層にマグネシウムを添加する必要がないため、マグネシウムによる電子散乱の発生を抑制できる。よって、チャネル移動度を高めることが可能となる。また、窒化アルミニウムガリウム層により、ｐ型窒化ガリウムの第２層とチャネル層を空間的に分離することができる。チャネル層へのマグネシウムの拡散を抑制することができるため、チャネル移動度を高めることが可能となる。

【0007】

窒化アルミニウムガリウム層のアルミニウム組成の傾斜が、１マイクロメートルあたり０．６以上であってもよい。

【0008】

チャネル層のｐ型不純物濃度が、第２層のｐ型不純物濃度よりも低くてもよい。

【0009】

チャネル層は、ｐ型不純物がドープされていない窒化ガリウムであってもよい。

【0010】

チャネル層の厚さは０．０５μｍ以下であってもよい。

【0011】

第２層のｐ型不純物濃度は、第２層の上面に２次元電子ガスが発生しない濃度であってもよい。

【0012】

低抵抗領域は、ｎ型の窒化物半導体で構成されていてもよい。

【0013】

第２層よりも窒化アルミニウムガリウム層の方が薄くてもよい。窒化アルミニウムガリウム層よりもチャネル層の方が薄くてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】半導体装置１の要部断面図である。

【図2】比較例の窒化アルミニウムガリウム層１３ａを示す図である。

【図3】本実施例の窒化アルミニウムガリウム層１３を示す図である。

【図4】半導体装置１のしきい電圧の依存性を示すグラフである。

【図5】式（１）のグラフＧ１１を示す図である。

【図6】半導体装置１を形成する工程を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

＜半導体装置１の構造＞
図１に、本実施例に係る半導体装置１の要部断面図を示す。半導体装置１は、Ｎチャネルの縦型ＭＯＳＦＥＴである。半導体装置１は、半導体層２、半導体層２の裏面を被覆するドレイン電極３、半導体層２の表面の一部を被覆するソース電極４、半導体層２の表面上の一部に設けられている絶縁ゲート部５、を備えている。半導体層２は、窒化ガリウムおよび窒化アルミニウムガリウムで構成されている。半導体層２は、ドレイン層１０、第１層１１、第２層１２、窒化アルミニウムガリウム層１３、チャネル層１４、ソース領域１５、低抵抗領域１６、ボディコンタクト領域１７、を備えている。本明細書の図では、半導体層２の表面側を＋ｚ方向、裏面側を－ｚ方向で示している。

【0016】

ドレイン層１０は、半導体層２の裏層部に設けられており、半導体層２の裏面に露出する位置に配置されており、ドレイン電極３にオーミック接触している。ドレイン層１０は、ｎ型不純物を含む窒化ガリウムで構成されている。ドレイン電極３は、チタンとアルミニウムからなる積層構造とした。ドレイン層１０の上面には、ｎ型窒化ガリウムの第１層１１が接している。第１層１１のシリコン添加濃度は、１×１０^１６ｃｍ^－３とした。第１層１１の上面には、ｐ型窒化ガリウムの第２層１２が接している。第２層１２の膜厚ｔ１２は０．５μｍとし、マグネシウム添加濃度は５×１０^１７ｃｍ^－３とした。

【0017】

第２層１２の上面には、窒化アルミニウムガリウム層１３が接している。窒化アルミニウムガリウム層１３のアルミニウム組成は、第２層１２に接する下面で最も高い。そしてアルミニウム組成は、第２層１２に接する下面からチャネル層１４に接する上面に向かって低くなる傾斜を有している。ここでアルミニウム組成は、Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ（０＜ｘ）の化学式において、ｘで示される値である。本実施例では、アルミニウム組成を、下面から上面に向かって０．２から０．０２まで減少させた。また窒化アルミニウムガリウム層１３の膜厚ｔ１３を０．１μｍとした。すなわち、膜厚１マイクロメートルあたりのアルミニウム組成傾斜を、１．８／μｍとした。

【0018】

窒化ガリウムのチャネル層１４は、窒化アルミニウムガリウム層１３の上面に接しており、半導体層２の表面に露出している。チャネル層１４のマグネシウム添加濃度は、第２層１２のマグネシウム添加濃度よりも低い。本実施例では、チャネル層１４は、マグネシウムがドープされていない窒化ガリウムとした。またチャネル層１４の膜厚ｔ１４は、０．０２μｍとした。

【0019】

ｎ型窒化ガリウムのソース領域１５は、第２層１２によって第１層１１から隔てられており、半導体層２の表面に露出する位置に配置されている。またｐ型窒化ガリウムのボディコンタクト領域１７は、半導体層２の表面に露出する位置に配置されている。ボディコンタクト領域１７は、窒化アルミニウムガリウム層１３を貫通して第２層１２まで到達している。ボディコンタクト領域１７は、第２層１２および窒化アルミニウムガリウム層１３の電位を固定するための領域である。ソース領域１５およびボディコンタクト領域１７の上面には、ソース電極４が配置されている。本実施例では、ソース電極４は、チタンとアルミニウムからなる積層構造とした。

【0020】

低抵抗領域１６は、チャネル層１４の表面から窒化アルミニウムガリウム層１３および第２層１２を貫通して、第１層１１に到達している。低抵抗領域１６は、チャネル層１４、窒化アルミニウムガリウム層１３および第２層１２によって、ソース領域１５から隔てられている。低抵抗領域１６には、第１層１１よりも比抵抗が小さい材料が採用されている。また、低抵抗領域１６には、第１層１１に対してオーミック接触可能な材料が採用されている。

【0021】

本実施例では、低抵抗領域１６は、ｎ型の窒化ガリウムで構成した。低抵抗領域１６は、ｎ型不純物（シリコンまたは酸素）のイオン注入によって形成することができる。低抵抗領域１６のｎ型不純物濃度は、第２層１２のマグネシウム濃度、および、窒化アルミニウムガリウム層１３の負の分極電荷濃度より高くする必要がある。これにより、低抵抗領域１６の導電型をｎ型にすることができる。本実施例では、低抵抗領域１６の酸素添加濃度を、１×１０^１８ｃｍ^－３とした。なお、ＳＣＭ（Scanning Capacitance Microscopy）分析を用いて、半導体のキャリア分布を２次元で可視化することにより、低抵抗領域１６がｎ型であることは容易に確認可能である。

【0022】

絶縁ゲート部５は、半導体層２の表面上に設けられている。絶縁ゲート部５は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）のゲート絶縁膜６、及び、多結晶シリコンのゲート電極７が積層された構造を有している。ゲート絶縁膜６の膜厚は、７０ｎｍとした。絶縁ゲート部５は、低抵抗領域１６とソース領域１５との間に配置されているチャネル層１４に対向している。

【0023】

また、第２層１２の膜厚ｔ１２よりも窒化アルミニウムガリウム層１３の膜厚ｔ１３の方が薄く、窒化アルミニウムガリウム層１３の膜厚ｔ１３よりもチャネル層１４の膜厚ｔ１４の方が薄い、という関係が存在する。このような関係を有することで、後述するように、半導体装置１のしきい電圧を３Ｖ以上にすることや、第２層１２に２次元電子ガスＥＧを発生させないことが実現できる。前述のように本実施例では、膜厚ｔ１２＝０．５μｍ、膜厚ｔ１３＝０．１μｍ、膜厚ｔ１４＝０．０２μｍ、としている。

【0024】

半導体装置１の動作を説明する。使用時には、ドレイン電極３に正電圧が印加され、ソース電極４が接地される。ゲート電極７にしきい電圧よりも高い正電圧が印加されると、低抵抗領域１６とソース領域１５の間に配置されているチャネル層１４の一部に反転層が形成され、半導体装置１がターンオンする。このとき、反転層を経由してソース領域１５から低抵抗領域１６に電子が流入する。低抵抗領域１６に流入した電子は、その低抵抗領域１６を縦方向に流れてドレイン電極３に向かう。これにより、ドレイン電極３とソース電極４が導通する。半導体装置１では、低抵抗領域１６の材料に比抵抗の小さい材料が採用されている。このため、半導体装置１は、低オン抵抗という特性を有することができる。

【0025】

＜窒化アルミニウムガリウム層１３の機能および効果＞
窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ）は、アルミニウム組成ｘが高いほど大きい分極を有する。従って、アルミニウム組成を傾斜させることで、分極電荷を制御することが可能である。以下に説明する。

【0026】

図２に、比較例の構成を示す。比較例の窒化アルミニウムガリウム層１３ａは、膜厚方向（ｚ方向）のアルミニウム組成が一定であり、組成傾斜を有さない。従って図２（Ａ）に示すように、分極の大きさが膜厚方向で一定であるため、窒化アルミニウムガリウム層１３ａの内部では、キャンセル領域ＣＲの分極電荷が互いにキャンセルする。その結果、図２（Ｂ）に示すように、窒化アルミニウムガリウム層１３ａの上面に負の分極電荷ＰＣ１が発生するとともに、下面に正の分極電荷ＰＣ２が発生する。負の分極電荷ＰＣ１に引き寄せられて、チャネル層１４の下面には２次元正孔ガスＨＧが発生する。正の分極電荷ＰＣ２に引き寄せられて、第２層１２の上面には２次元電子ガスＥＧが発生する。これらのガスの存在により、半導体装置１の耐圧が低下してしまう。

【0027】

一方、図３に、本実施例の構成を示す。本実施例の窒化アルミニウムガリウム層１３は、膜厚方向のアルミニウム組成が、下面から上面に向かって低くなるように傾斜している。従って図３（Ａ）に示すように、分極の大きさが下面から上面に向かって小さくなるため、互いにキャンセルできない分極電荷が発生する。すなわち、キャンセル領域ＣＲの領域外の電荷が発生する。その結果、図３（Ｂ）に示すように、窒化アルミニウムガリウム層１３の全体に負の分極電荷が発生するとともに、下面に正の分極電荷ＰＣ２が発生する。負の分極電荷に対して電荷中性を保つため、窒化アルミニウムガリウム層１３には自由正孔ＦＨが発生する。これにより窒化アルミニウムガリウム層１３の導電型は、ｐ型となる。

【0028】

効果を説明する。窒化アルミニウムガリウム層１３がない場合、チャネル層１４にはゲート電圧ゼロの状態で自由電子が発生するため、半導体装置１はノーマリーオンの状態になる。そこで本実施例の技術では、アルミニウム組成が傾斜した窒化アルミニウムガリウム層１３を備えている。負の分極電荷を発生させることで、チャネル層１４では、電荷中性を保つために自由電子の発生が抑制される。これにより、正のゲート電圧を印加して初めて電子が発生するノーマリーオフで、半導体装置１を動作させることが可能となる。

【0029】

分極電荷によりしきい電圧を上昇させることができるため、チャネル層１４にマグネシウムを添加する必要性をなくすことができる。また、窒化アルミニウムガリウム層１３により、マグネシウムが添加された第２層１２とチャネル層１４とを空間的に分離することができる。第２層１２からチャネル層１４へのマグネシウムの拡散を抑制することができる。以上より、チャネル層１４において、マグネシウムによる電子散乱の発生を抑制できる。チャネル移動度を高めることができる（例：１００ｃｍ^２／Ｖｓ以上）ため、半導体装置１を高速化することが可能となる。

【0030】

＜アルミニウム組成傾斜およびチャネル層１４の膜厚ｔ１４の範囲＞
半導体装置１のしきい電圧は、上述したアルミニウム組成傾斜の大きさ、および、チャネル層１４の膜厚ｔ１４によって定まる。図４に、アルミニウム組成傾斜とチャネル層１４の膜厚ｔ１４に対する、半導体装置１のしきい電圧の依存性を示す。横軸は膜厚ｔ１４であり、縦軸はしきい電圧である。グラフＧ０～Ｇ３の各々は、アルミニウム組成傾斜が、０／μｍ、０．３／μｍ、０．６／μｍ、１．８／μｍ、の場合を示している。グラフＧ１～Ｇ３から分かるように、膜厚ｔ１４が薄くなるほどしきい電圧は大きくなり、アルミニウム組成傾斜が大きくなるほどしきい電圧は大きくなる。

【0031】

アルミニウム組成傾斜および膜厚ｔ１４の適切な範囲について説明する。半導体装置１の安全動作のためには、２Ｖ以上のしきい電圧が要求される。これを満たすためには、０．３／μｍ以上のアルミニウム組成傾斜を有する場合において、膜厚ｔ１４を０．０５μｍ以下にする必要があることが分かる（図４、対応線ＣＬ１参照）。また、半導体装置１のデバイス間やロット間におけるしきい電圧のばらつきを考慮すると、しきい電圧は３Ｖ以上であることが好ましい。これを満たすためには、アルミニウム組成傾斜を０．６／μｍ以上にする必要があることが分かる（図４、対応線ＣＬ２参照）。

【0032】

＜第２層１２のマグネシウム濃度＞
図３（Ｂ）で上述したように、アルミニウム組成傾斜を有する窒化アルミニウムガリウム層１３の下面には、正の分極電荷ＰＣ２が発生する。この正の分極電荷に引き寄せられて、第２層１２の上面には２次元電子ガスＥＧが発生する。本実施例の技術では、第２層１２のマグネシウム濃度を所定値以上にすることで、この２次元電子ガスを消去している。これにより、半導体装置１の耐圧の低下を防止することができる。以下に説明する。

【0033】

２次元電子ガスＥＧを発生させないための、第２層１２のマグネシウム濃度の下限値は、窒化アルミニウムガリウム層１３のアルミニウム組成傾斜、および、アルミニウム組成の絶対値に依存する。２次元電子ガスＥＧの抑制条件がアルミニウム組成傾斜に依存する理由は、窒化アルミニウムガリウム層１３の負の固定電荷の一部が、２次元電子ガスＥＧをキャンセルするためである。この効果は、アルミニウム組成が一定の場合（図２）では得られない。よってアルミニウム組成傾斜を利用した本実施例の技術は、２次元電子ガスＥＧ抑制の観点からも有利である。すなわち、２次元電子ガスＥＧを発生させないためには、下式（１）の関係を満たす必要がある。

【数1】

ここで、［Ｍｇ］は第２層１２のマグネシウム濃度（ｃｍ^－３）、ε_０は真空の誘電率、ε_ｒは窒化ガリウムの比誘電率、ε_ｒ２は窒化アルミニウムガリウムの比誘電率、Ｎ_ａ２は組成傾斜した窒化アルミニウムガリウム層１３中に分布する負の分極電荷濃度、Φ_１は窒化ガリウムの内蔵電位（～３．２ｅＶ）、Φ_２は窒化アルミニウムガリウムの内蔵電位（Ａｌ組成０．２－０．０２の傾斜の場合～３．７ｅＶ）、ｑは電子素量、σ_ｐ／ｑは窒化アルミニウムガリウム層１３の下面に発生する正の分極電荷シート密度（Ａｌ組成０．２－０．０２の傾斜の場合～８×１０^１２ｃｍ^－２）、である。

【0034】

図５に、式（１）のグラフＧ１１を示す。グラフＧ１１以上に第２層１２のマグネシウム濃度を高めれば、２次元電子ガスＥＧを発生させないことができる。本実施例では、アルミニウム組成傾斜が１．８／μｍの場合を説明している。よって図５の仮想線Ｌ１から分かるように、マグネシウム濃度［Ｍｇ］を１．６×１０^１７ｃｍ^－３よりも高くすることで、２次元電子ガスＥＧの発生を抑制できることが分かる。このとき、第２層１２の膜厚ｔ１２は、０．２μｍ以上とする必要がある。膜厚ｔ１２が０．２μｍよりも小さい場合には空乏化し、２次元電子ガスＥＧを抑制できないためである。

【0035】

＜半導体装置１の製造方法＞
図６のフローチャートを用いて、半導体装置１を形成する工程を説明する。ステップＳ１において、半導体層２の形成工程が行われる。具体的には、ｎ型ＧａＮの自立基板上に、第１層１１、第２層１２、窒化アルミニウムガリウム層１３、チャネル層１４をこの順に積層する。各層は、有機金属気相成長法を用いて形成してもよい。その後、８００℃で１０分間の熱処理を行うことで、第２層１２から水素を脱離させ、ｐ型化する。

【0036】

ステップＳ２において、ソース領域１５、低抵抗領域１６、ボディコンタクト領域１７を形成する。具体的には、周知のフォトリソグラフィ技術を用いて、ソース領域１５および低抵抗領域１６に対応した開口を有するマスクを形成する。マスクを介して、ｎ型不純物（シリコンまたは酸素）をイオン注入する。同様に、ボディコンタクト領域１７に対応した開口を有するマスクを形成し、ｐ型不純物（マグネシウム）をイオン注入する。

【0037】

ステップＳ３において、注入イオンを電気的に活性化させるため、熱処理を行う。熱処理は、１０００℃以上、２０分間以上の条件が好ましい。半導体層２の表面の熱分解を防ぐため、窒化アルミニウム膜または酸化シリコン膜などで表面を保護してもよい。あるいは、窒化ガリウムの平衡窒素分圧よりも高い窒素圧力下で熱処理を行うことで、保護膜を形成せずに熱処理を行ってもよい。

【0038】

ステップＳ４において、ゲート絶縁膜６となる酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）膜を、プラズマＣＶＤ法で成膜する。その後、６００℃～１１００℃の熱処理を行い、ゲート絶縁膜を焼しめる。熱処理は、酸化アルミニウムの場合は、７００℃程度が好適である。

【0039】

ステップＳ５において、周知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い、ソース領域１５およびボディコンタクト領域１７の一部のゲート絶縁膜を除去する。そしてソース電極４を形成する。また半導体層２の裏面に、ドレイン電極３を形成する。半導体層２とソース電極４およびドレイン電極３との接触抵抗を小さくするため、４００℃以上の不活性ガス雰囲気で熱処理を行ってもよい。

【0040】

ステップＳ６において、多結晶シリコンのゲート電極７を形成する。多結晶シリコン堆積時のゲート絶縁膜６へのダメージを軽減するため、堆積後に４００℃でフォーミングガスアニールを行ってもよい。以上により、図１に示す半導体装置１が完成する。

【0041】

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。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、出願時請求項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。

【0042】

＜変形例＞
窒化アルミニウムガリウム層１３は、他の元素を含んでいてもよく、例えばインジウムを含んでいてもよい。この場合、化学式はＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ（ｘ＞０、ｙ＞０、ｘ＋ｙ≦１）となり、アルミニウム組成はｙで示される値となる。

【0043】

ｎ型の窒化ガリウムで構成された低抵抗領域１６の形成方法は、イオン注入に限られず、様々であってよい。例えば、窒化アルミニウムガリウム層１３および第２層１２を貫通するメサを形成したのち、スパッタリングなどの成膜方法でｎ型ＧａＮ層を埋め込んで低抵抗領域１６を形成してもよい。イオン注入を用いる場合に比して縦方向の電子伝導率を高めることができるため、半導体装置１のオン抵抗を低くすることが可能となる。

【0044】

低抵抗領域１６の材料はｎ型の窒化ガリウムに限られず、様々であってよい。例えば、アルミニウム、チタン、タングステン等の金属を用いてもよい。ｎ型の多結晶シリコンを用いてもよい。

【0045】

ゲート絶縁膜６の材料は酸化アルミニウムに限られず、様々であってよい。例えば、アルミニウムシリケート（ＡｌＳｉＯ）などの混合膜や、酸化シリコンを用いてもよい。混合膜を用いる場合には、ゲート絶縁膜６の耐熱性を向上させ、チャネル層１４に誘起できる電荷濃度を高めることができる。またステップＳ４（図６）の熱処理は、ＡｌＳｉＯの場合は９５０℃～１０５０℃、酸化シリコンの場合は８００℃程度が好適である。

【0046】

ゲート電極７の材料は、多結晶シリコンに限られず、様々であってよい。例えば、アルミニウムなどの金属を用いることもできる。

【0047】

上記の実施例では、ｐ型領域を形成するためのII族元素の一例としてマグネシウム（Ｍｇ）を用いていたが、この構成に限定されるものではない。II族元素は、例えばベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）等であってもよい。

【符号の説明】

【0048】

１：半導体装置 ２：半導体層 ４：ソース電極 ５：絶縁ゲート部 ６：ゲート絶縁膜 ７：ゲート電極 １１：第１層 １２：第２層 １３：窒化アルミニウムガリウム層 １４：チャネル層 １５：ソース領域 １６：低抵抗領域 １７：ボディコンタクト領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】