JP2005260002A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】窒化物半導体の表面準位の数が低減された半導体装置を製造する。
【解決手段】半導体装置１では、活性層５は、第１の禁制帯幅を有する第１のIII族窒化物半導体から成る。窒化物半導体層７は、ゲート電極３と活性層５との間に設けられており、第１の禁制帯幅より大きな第２の禁制帯幅を有するIII族窒化物半導体からなる。窒化物半導体層７は、燐元素を含む半導体領域９を有している。ゲート電極３は半導体領域９上に設けられている。活性層５と窒化物半導体層７とは接合を形成している。ゲート電極３は、窒化物半導体層７に対するショットキ接合を形成している。ゲート電極３が、III族窒化物半導体から成り燐元素１２を含む半導体領域９上に設けられている。これ故に、窒素の空孔に起因した表面準位の数が低減されるので、電流コラプスの影響が低減される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置に関する。

文献１（特開２００３−１７９０８２号公報）には、高電子移動度トランジスタが記載されている。高電子移動度トランジスタは、電子走行層および電子供給層を有している。電子走行層がＧａＮ系化合物半導体層からなり、電子供給層が電子走行層よりバンドギャップエネルギーの大きいＧａＮ系化合物半導体層からなる。この高電子移動度トランジスタでは、電子走行層はＩｎを１×１０^１９ｃｍ^−３以上、５×１０^２０ｃｍ^−３以下含む。または、電子走行層は、ＡｓまたはＰを１×１０^１９ｃｍ^−３以上、５×１０^２０ｃｍ^−３以下含む。この高電子移動度トランジスタの電子走行層の電子は、高い移動度を示す。

文献２（特開２０００−２３５９８４号公報）では、この電界効果トランジスタは、基板の表層に設けられている。この層は、ｎ^＋高濃度層とゲート電極との間に位置している。この領域では燐原子が砒素の空孔に置き換わり、砒素の空孔による表面準位の形成を抑制している。これによって、安定なＧａＰ化合物が形成される。その結果、この領域を介するリーク電流が減少し、高いドレイン耐圧が得られる。シリコン原子が砒素の空孔と置換することも抑制されるので、電界効果トランジスタの相互コンダクタンスを損なうことがない。したがって、ドレイン耐圧が向上された電界効果トランジスタを、ＧａＡｓ基板上に形成することができる。

文献３（IEEE TRANSACTION ON ELECTRON DEVICES, VOL. 48, NO. 3 MARCH 2001）には、ＧａＮ系電界効果トランジスタが記載されている。ＧａＮ系電界効果トランジスタでは、ＡｌＧａＮ半導体層上に、ゲート電極が設けられている。ＡｌＧａＮ半導体層は、ＧａＮ層上に設けられている。ＡｌＧａＮ半導体層の表面には、表面準位が形成されている。これらの表面準位に高電界を加えると、電子が表面準位にトラップされる。トラップされた電子による電界は、活性層とIII族窒化物半導体層との間にピエゾ効果により生じていた２次元電子ガスを減少させる。
特開２００３−１７９０８２号公報 特開２０００−２３５９８４号公報 IEEE TRANSACTION ON ELECTRON DEVICES, VOL. 48, NO. 3 MARCH 2001

ＡｌＧａＮ半導体といったIII族窒化物半導体の成膜温度は他のIII−Ｖ化合物半導体に比べて高く、結晶成長中に窒素の空孔がIII族窒化物半導体結晶に生じやすい。また、結晶成長の後にも、オーミックメタライゼーションのための熱処理において、半導体領域から窒素が抜け出る。この結果、窒化物半導体装置において、窒素の空孔は増加する。

文献３に記載されるように、シリコン窒化膜を用いることにより窒素の抜け出しを低減することができる。一方、シリコン窒化膜を形成するとき、窒化物半導体結晶の表面は、水素プラズマに曝される。水素プラズマによって、窒化物半導体結晶における窒素の空孔が増加する。

本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、窒化物半導体の表面準位の数が低減された半導体装置を提供することにある。

本発明の一側面によれば、半導体装置は、（ａ）ゲート電極と、（ｂ）第１の禁制帯幅を有する第１のIII族窒化物半導体から成る活性層と、（ｃ）前記活性層と前記ゲート電極との間に設けられており、前記第１の禁制帯幅より大きな第２の禁制帯幅を有する第２のIII族窒化物半導体からなる窒化物半導体層とを備え、前記窒化物半導体層は、燐元素を含む半導体領域を有しており、前記ゲート電極は前記半導体領域上に設けられている。

ゲート電極が、III族窒化物半導体から成り燐元素を含む半導体領域上に設けられている。これ故に、窒素の空孔に起因した表面準位の数が低減されるので、電流コラプスの影響が低減される。

本発明の別の側面によれば、半導体装置は、（ａ）ゲート電極と、（ｂ）第１の禁制帯幅を有する第１のIII族窒化物半導体から成る活性層と、（ｃ）前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられており、前記第１の禁制帯幅より大きな第２の禁制帯幅を有するIII−Ｖ化合物半導体からなる半導体領域とを備え、前記III−Ｖ化合物半導体は、燐元素および窒素元素を含んでおり、前記ゲート電極は前記半導体領域上に設けられている。

ゲート電極が、燐元素および窒素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体領域上に設けられている。これ故に、窒素の空孔に起因した表面準位の数が低減されるので、電流コラプスの影響が低減される。

本発明に係る半導体装置では、前記活性層はＧａＮ半導体からなり、前記半導体領域は燐が添加されたＡｌＧａＮ半導体からなることが好ましい。

この半導体素子では、二次元電子ガスが、ＧａＮ半導体の層とＡｌＧａＮ半導体の層の界面に生じる。

本発明に係る半導体装置では、前記半導体領域は、ＧａＮ半導体層およびＡｌＧａＮ半導体層を含んでおり、前記ＧａＮ半導体層は、前記ゲート電極と前記ＡｌＧａＮ半導体層との間に設けられていることができる。

界面準位を比較的少なくできるＧａＮ半導体の層上に、ゲート電極を設けることができるので、窒素の空孔に起因した表面準位を燐元素を用いて補償できる。

本発明に係る半導体装置では、前記活性層はＩｎＧａＮ半導体からなることが好ましい。

ＩｎＧａＮ半導体の層とＡｌＧａＮ半導体またはＧａＮ半導体の層の界面には、大きな移動度を有する二次元電子ガスのキャリアが生じる。

本発明に係る半導体装置では、前記半導体領域の前記燐元素はイオン注入により導入されるようにしてもよい。

半導体領域の形成の後に燐元素を導入することによって、窒素の空孔に起因する界面準位の数を低減できる。

本発明に係る半導体装置では、前記半導体領域の前記燐元素は、該半導体領域を結晶成長する際に導入されるようにしてもよい。

半導体領域を形成しながら燐元素を導入することによって、窒素の空孔に起因する界面準位の数を低減できる。

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。

以上説明したように、本発明によれば、窒化物半導体の表面準位の数が低減された半導体装置が提供される。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のＧａＮ系半導体装置、およびＧａＮ系半導体装置を製造する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には同一の部分には同一の符号を付する。

（第１の実施の形態）
図１（Ａ）は半導体装置の構造を示す図面である。図１（Ｂ）は半導体装置のバンドダイアグラムを示す図面である。図１（Ｃ）は半導体装置を示す平面図である。

半導体装置１は、ゲート電極３と、活性層５と、窒化物半導体層７とを備える。活性層５は、第１の禁制帯幅を有する第１のIII族窒化物半導体から成る。窒化物半導体層７は、ゲート電極３と活性層５との間に設けられており、第１の禁制帯幅より大きな第２の禁制帯幅を有する第２のIII族窒化物半導体からなる。窒化物半導体層７は、燐元素を含む半導体領域９を有している。ゲート電極３は半導体領域９上に設けられている。好適な実施例では、燐ドーパントの表面濃度は、例えば１×１０^１８ｃｍ^−３以上１×１０^２０ｃｍ^−３以下である。

活性層５と窒化物半導体層７とは接合を形成している。ゲート電極３は、窒化物半導体層７に対するショットキ接合を形成している。好適な実施例では、窒化物半導体層７はアンドープであり、窒化物半導体層７は電子供給層として用いられている。活性層５はアンドープであり、電子走行層として使用される。半導体装置１は、二次元電子ガストランジスタの構造を有している。図１（Ｂ）に示されるように、活性層５には、二次元電子ガス層１１が、活性層５と窒化物半導体層７とのヘテロ界面に沿って形成されている。

ゲート電極３が、III族窒化物半導体から成り燐元素１２を含む半導体領域９上に設けられている。これ故に、窒素の空孔に起因した表面準位の数が低減されるので、電流コラプスの影響が低減される。

半導体装置１では、ゲート電極３、活性層５および窒化物半導体層７は、基板１３上に設けられている。基板としては、例えば、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、ＡｌＮ基板等を使用できる。半導体装置１では、基板１３上に設けられたバッファ層１５上に、ゲート電極３、活性層５および窒化物半導体層７が設けられている。

図１（Ｃ）に示されるように、窒化物半導体層７上には、ソース電極１７およびドレイン電極１９が設けられている。ソース電極１７およびドレイン電極１９間に流される電流は、ゲート電極３によって制御される。一実施例では、半導体領域９は、ソース電極１７およびドレイン電極１９の下には設けられること無く、ゲート電極３の下に設けられている。ソース電極およびドレイン電極の接合面に燐（Ｐ）が存在しないので、オーミック特性の低下が避けられ、また燐の注入領域と燐の非注入領域との境界にて電界緩和され耐圧が向上する。

好適な実施例では、活性層５は、ＧａＮ半導体から成り、窒化物半導体層７はＡｌＧａＮ半導体から成る。活性層５の厚さは、例えば１マイクロメートル以上３マイクロメートル以下であり、窒化物半導体層７の厚さは、例えば２０ナノメートル以上５０ナノメートル以下である。窒化物半導体層７には、シリコンといったドーパントが添加されていてもよく、ドーパント濃度は、例えば１×１０^１７ｃｍ^−３以上１×１０^１９ｃｍ^−３以下である。バッファ層の材料および厚さとしては、基板の材料に応じて適切なものが用いられる。

図２（Ａ）は、燐が添加された半導体領域を持たない半導体装置を示す図面である。図２（Ｂ）は半導体装置のバンドダイアグラムを示す図面である。

半導体装置２１は、ゲート電極３、ソース電極１７、ドレイン電極１９、ｉ型ＧａＮ活性層２５およびｉ型ＡｌＧａＮ層２７を備える。ＡｌＧａＮ層２７の表面には、窒素の空孔に起因する表面準位が形成されている。表面準位には、図２（Ｂ）に示されるように、電子Ｅがトラップされている。ＧａＮ活性層２５は、ＡｌＧａＮ層２７とＧａＮ活性層２５との界面に沿って形成されておりバンドが曲がった領域を有しているけれども、この領域には二次元電子ガスは生成されない。半導体装置２１では、窒素の空孔を燐原子を用いて補償していないので、電流コラプスが生じている。

以上説明したように、半導体装置１によれば、窒化物半導体層の表面準位の数が低減される。

（第２の実施の形態）
図３（Ａ）は、第２の実施の形態に係る半導体装置の構造を示す図面である。図３（Ｂ）は半導体装置のバンドダイアグラムを示す図面である。半導体装置３１は、ゲート電極３と、活性層３５と、半導体領域３７とを備える。活性層３５は、第１の禁制帯幅を有する第１のIII族窒化物半導体から成る。半導体領域３７は、ゲート電極３と活性層３５との間に設けられており、第１の禁制帯幅より大きな第２の禁制帯幅を有するIII−Ｖ化合物半導体からなる。このIII−Ｖ化合物半導体は、燐元素および窒素元素を含んでおり、ゲート電極５は半導体領域３７上に設けられている。燐濃度は、例えば１×１０^１８ｃｍ^−３以上１×１０^２０ｃｍ^−３以下である。

ゲート電極３は、窒化物半導体層３７に対するショットキ接合を形成している。好適な実施例では、活性層３５は、ＧａＮ半導体から成り、半導体領域３７は、燐が添加されたＡｌＧａＮ半導体から成る。半導体領域３７の全体にわたって、燐元素が添加されている。活性層３５の厚さは、例えば１マイクロメートル以上３マイクロメートル以下であり、窒化物半導体層３７の厚さは、例えば２０ナノメートル以上５０ナノメートル以下である。また、活性層３５はアンドープである。半導体領域３７には、シリコンといったドーパントが添加されていてもよく、ドーパント濃度は、例えば１×１０^１７ｃｍ^−３以上１×１０^１９ｃｍ^−３以下である。半導体装置３１は、二次元電子ガストランジスタの構造を有している。活性層３５には、図３（Ｂ）に示されるように、二次元電子ガスが活性層と半導体領域とのヘテロ界面に沿って形成される。

ゲート電極３が、燐元素および窒素元素を含むIII−Ｖ化合物の半導体領域３７上に設けられている。窒素の空孔に起因した表面準位の数が低減されるので、電流コラプスの影響が低減される。また、III−Ｖ化合物の半導体領域３７の全体にわたって、窒素の空孔の数が低減される。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）および図４（Ｄ）は、第１および第２の実施の形態に示された半導体装置の変形例を示す図面である。

図４（Ａ）に示されるように、半導体装置４１ａは、ゲート電極３と、活性層４５ａと、第１のIII族窒化物半導体層４７ａと、第２のIII族窒化物半導体層５１ａとを備える。第１のIII族窒化物半導体層４７ａは、ゲート電極３と活性層４５ａとの間に設けられており、活性層４５ａの禁制帯幅より大きな禁制帯幅を有する。III族窒化物半導体層４７ａは、燐元素および窒素元素を含む半導体領域４９ａを含んでいる。燐濃度は、例えば１×１０^１８ｃｍ^−３以上１×１０^２０ｃｍ^−３以下である。ゲート電極５は半導体領域４９ａ上に設けられている。活性層４５ａは、第１のIII族窒化物半導体層４７ａと第２のIII族窒化物半導体層５１ａとの間に位置している。

一実施例では、活性層４５ａはＩｎＧａＮ半導体から成り、第１のIII族窒化物半導体層４７ａはＡｌＧａＮ半導体からなり、半導体領域４９ａは、燐が添加されたＡｌＧａＮ半導体から成り、第２のIII族窒化物半導体層５１ａはＧａＮ半導体からなることができる。ＩｎＧａＮ半導体で活性層４５ａを設けると、大きな移動度を有する二次元電子ガスが生成される。活性層４５ａの厚さは、例えば１０ナノメートル以上２００ナノメートル以下であり、窒化物半導体層４７ａの厚さは、例えば２０ナノメートル以上５０ナノメートル以下である。また、活性層４５ａはアンドープである。半導体領域３７には、シリコンといったドーパントが添加されることができ、ドーパント濃度は、例えば１×１０^１７ｃｍ^−３以上１×１０^１９ｃｍ^−３以下である。ＡｌＧａＮ半導体の代わりに、ＧａＮ半導体を用いることができる。

図４（Ｂ）に示されるように、半導体装置４１ｂは、ゲート電極３と、第１の窒化物半導体層４７ｂと、活性層４５ｂと、第２の窒化物半導体層５３ｂとを備える。第１の窒化物半導体層４７ｂは、第２の窒化物半導体層５３ｂとゲート電極３との間に設けられている。第２の窒化物半導体層５３ｂは、第１の窒化物半導体層４７ｂと活性層４５ｂとの間に設けられている。第１のIII窒化物半導体層４７ｂは、燐元素および窒素元素を含む半導体領域４９ｂを含む。ゲート電極３は、半導体領域４９ｂ上に設けられている。

ゲート電極３が、III−Ｖ化合物半導体から成り燐元素を含む半導体領域４９ｂ上に設けられているので、窒素の空孔に起因した表面準位の数が低減される。

一実施例では、活性層４５ｂはＧａＮ半導体から成り、第１のIII族窒化物半導体層４７ｂはＧａＮ半導体からなり、第２のIII族窒化物半導体層５３ｂはＡｌＧａＮ半導体からなる。半導体領域４９ｂは、燐が添加されたＧａＮ半導体から成る。ＧａＮ半導体では窒素の空孔が少なくできる。また、活性層４５ｂとＧａＮ層との間にＡｌＧａＮ半導体層を設けているので、ゲート電極と活性層との間のＡｌＧａＮ半導体層は、高いバリアを提供できる。

ＩｎＧａＮ半導体で活性層４５ｂを設けると、大きな移動度を有する二次元電子ガスが生成される。第１の窒化物半導体層４７ｂの厚さは、例えば５ナノメートル以上３０ナノメートル以下であり、第２の窒化物半導体層５３ｂの厚さは、例えば２０ナノメートル以上５０ナノメートル以下である。また、活性層４５ｂはアンドープである。半導体領域４９ｂにおける燐ドーパント濃度は、例えば１×１０^１８ｃｍ^−３以上１×１０^２０ｃｍ^−３以下である。

図４（Ｃ）に示されるように、半導体装置４１ｃは、ゲート電極３と、第１の窒化物半導体層４７ｃと、活性層４５ｃと、第２の窒化物半導体層５１ｃと、第３の窒化物半導体層５３ｃとを備える。第３の窒化物半導体層５３ｃ、活性層４５ｃ、第２の窒化物半導体層５１ｃおよび第１の窒化物半導体層４７ｃは、基板１３上に順に設けられている。

一実施例では、活性層４５ｃはＩｎＧａＮ半導体から成り、第１のIII族窒化物半導体層４７ｃはＧａＮ半導体からなり、半導体領域４９ｃは、燐が添加されたＧａＮ半導体から成り、第２のIII族窒化物半導体層５１ｃはＧａＮ半導体からなり、第３のIII族窒化物半導体層５３ｃは、ＡｌＧａＮ半導体から成ることができる。ＩｎＧａＮ半導体で活性層４５ａを設けると、大きな移動度を有する二次元電子ガスが生成される。ゲート電極３は、ＧａＮ半導体層上に設けられているので、ゲート電極３とＧａＮ半導体層との界面に形成される表面準位の数が小さい。ゲート電極３と活性層４４ｃとの間に、ＡｌＧａＮ半導体層によるバリアを設けることができる。

これらの実施例において、燐添加の半導体領域４９ａ、４９ｂ、４９ｃをそれぞれ含むIII窒化物半導体層４７ａ、４７ｂ、４７ｃ内に替えて、全体に燐が添加されたIII窒化物半導体層を用いることができる。

（第３の実施の形態）
図５（Ａ）、図５（Ｂ）および図５（Ｃ）は、第３の実施の形態に係る半導体装置を製造する方法を示す図面である。

図５（Ａ）に示されるように、基板６１を準備した後に、基板６１上に、III族窒化物半導体Ａｌ_Ｘ１Ｉｎ_Ｙ１Ｇａ_{１−Ｘ１−Ｙ１}Ｎ（０≦Ｘ１＜１、０≦Ｙ１＜１）から成るバッファ膜６３と、III族窒化物半導体体Ａｌ_Ｘ２Ｉｎ_Ｙ２Ｇａ_{１−Ｘ２−Ｙ２}Ｎ（０≦Ｘ２＜１、０≦Ｙ２＜１）から成り電子が走行するための半導体膜６５と、III族窒化物半導体Ａｌ_Ｘ３Ｉｎ_Ｙ３Ｇａ_{１−Ｘ３−Ｙ３}Ｎ（０≦Ｘ３＜１、０≦Ｙ３＜１）から成り電子を供給するための半導体膜６７とを順に形成する。これらの膜は、例えば有機金属気相成長装置等を用いて形成される。一実施例では、サファイア基板上に結晶性を改善させるためにＧａＮバッファ膜を、摂氏６００度といった低温で成長する。ＧａＮバッファ膜の厚さは、例えば２０ナノメートルである。次に、ＧａＮバッファ膜上に、ｉ型ＧａＮ半導体膜を摂氏１０５０度の成長温度で成長する。ｉ型ＧａＮ半導体膜の厚さは、例えば２マイクロメートルである。その後に、ｉ型ＧａＮ半導体膜上にｉ型Ａｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ｎ半導体膜を成長する。ｉ型Ａｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ｎ半導体膜の厚さは、例えば３０ナノメートルである。これにより、ＨＥＭＴ用のエピタキシャル基板Ｅ１が形成された。

図５（Ｂ）は、エピタキシャル基板Ｅ１上に絶縁膜６９を形成する。絶縁膜６９は、開口６９ａを有している。絶縁膜６９は、例えば、プラズマ窒化膜（ＳｉＮ膜）である。次に、燐（Ｐ）イオン７１を注入する。注入条件としては、例えば、
エネルギ：５０ｋｅＶ
ドーズ量：５×１０^１２ｃｍ^−２
である。このイオン注入により、燐を含む半導体領域７３がIII族窒化物半導体膜６７内に形成される。イオン注入の工程の後に、オーミック電極を形成する部分の絶縁膜を除去する。

図５（Ｃ）を示すように、III族窒化物半導体膜６７および半導体領域７３上に電極７５ａ、７５ｂを形成する。例えば、Ｔｉ／Ａｌ（２０／８０ｎｍ）の金属膜を真空蒸着法により形成する。この後に、リフトオフプロセスを用いてＴｉ／Ａｌオーミック電極を形成する。コンタクト抵抗を下げるために合金化処理をする。この処理の条件は、例えば窒素雰囲気中で摂氏７５０度の温度で２分である。窒素の空孔を効果的に補償すると共に注入ダメージから結晶性を改善するために、この高温処理前に燐のイオン注入を行うことが重要である。続いて、ゲート電極７７を形成する。例えばＮｉ／Ａｕ（８０／５０ｎｍ）の金属膜を蒸着する。リフトオフプロセスを用いて、Ｎｉ／Ａｕゲート電極を形成する。

電極を形成した後に、素子間分離のためにメサエッチングをする。このエッチングは、例えば、ＢＣｌ_３／Ｃｌ_２ガスによる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いて行われる。ゲート電極およびオーミック電極に接続される配線およびボンディングパッドを形成する。これらの上にバッシベーション膜を形成する。

基板としてサファイア基板以外にも、ＳｉＣ基板，ＧａＮ基板，ＡｌＮ基板等を用いることもできる。これらの基板では結晶性を改善するためのバッファ層として、摂氏１１００度といった高温で成長されたＡｌＮ膜（例えば、３０ナノメートル）が用いられる。

この半導体装置では、半導体領域７３の燐元素はイオン注入により導入される。半導体領域の形成の後に燐元素を導入することによって、窒素の空孔に起因する界面準位の数を低減できる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、窒化物半導体の表面準位の数が低減された半導体装置を製造する方法が提供される。

（第４の実施の形態）
図６（Ａ）、図６（Ｂ）および図６（Ｃ）は、第４の実施の形態に係る半導体装置を製造する方法を示す図面である。

図６（Ａ）に示されるように、基板６１を準備した後に、第３の実施の形態と同様に、基板６１上にバッファ膜６３および半導体膜６５を形成する。

次いで、図６（Ｂ）に示されるように、III族窒化物半導体から成り電子を供給するための半導体膜７９を形成する。この半導体膜７９は、燐を添加さながら成長される。本実施例では、半導体膜７９は、その全体に燐が添加されるように成長しているけれども、ゲート電極が接触する表層に燐をドープするようにしてもよい。

この後に、図６（Ｃ）に示されるように、オーミック電極７５ａ、７５ｂおよびゲート電極７７を形成する。オーミック電極７５ａ、７５ｂおよびゲート電極７７は、例えば第３の実施の形態と同様に行うことができる。

この半導体装置では、半導体領域の燐元素は半導体領域を結晶成長する際に導入される。半導体領域を形成しながら燐元素を導入することによって、窒素の空孔に起因する界面準位の数を低減できる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、窒化物半導体の表面準位の数が低減された半導体装置を製造する方法が提供される。

電流コラプスは、表面準位に電子が捕獲されることによって引き起こされる。従って、表面準位を低減することによって、電流コラブスを抑制することができる。ＳｉＮ膜を用いることによっても、電流コラプスの発生を低減することができる。しかしながら、ＳｉＮ膜を形成するときにエピタキシャル膜の表面が水素プラズマに晒されて、このプラズマによって窒素の空孔が形成される。また、エピタキシャル表面に設けられた薄いＧａＮキャップ層を用いて電流コラプスを抑制することもできる。しかしながら、これらの方法では、ＡｌＧａＮ半導体に起因する欠陥を抑制できるが、オーミック合金化に伴う加熱処理（600〜800℃）において生じる窒素の空孔は抑制できない。ＧａＮ半導体でも、窒素の乖離圧が高いので、半導体領域の高温の熱処理により、窒素の空孔が発生することが避けられない。

上記のように表面準位（窒素の空孔）の影響を抑制するために様々なアプローチがなされてきた。これらのアプローチでは、窒素の空孔の生成を抑制している。本発明に係る実施の形態では、窒素の空孔を補完することによって、表面準位としてデバイス特性に影響しないようにしている。このために、ゲート電極が接触する半導体層（ＡｌＧａＮ層）の表面に燐元素を添加している。添加する方法としては、結晶成長中にドーピングする方法、結晶成長後にイオン注入する方法がある。燐元素は、窒素元素と同じくＶ族であり、結晶成長中に生成される窒素の空孔、プロセス中の加熱処理によって生じる窒素の空孔と置き換わり、Ｖ族として結晶の空孔を補完する。結果として、ミクロな領域ではＡｌＧａＮではなくＡｌＧａＰが形成される。燐を含む化合物における燐の乖離圧が低いので、安定な表面が形成され、また、ＡｌＧａＰ半導体は安定な表面準位を形成する。したがって、表面準位に起因した電流コラブスを抑制できる。上記の実施の形態に示されるように、ＡｌＧａＮ半導体の他にＧａＮ半導体のIII族窒化物半導体を用いることができ、本実施の形態においてもSｉＮ保護膜を用いることができる。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

図１（Ａ）は半導体装置の構造を示す図面である。図１（Ｂ）は半導体装置のバンドダイアグラムを示す図面である。図１（Ｃ）は半導体装置を示す平面図である。 図２（Ａ）は、燐が添加された半導体領域を持たない半導体装置を示す図面である。図２（Ｂ）は半導体装置のバンドダイアグラムを示す図面である。 図３（Ａ）は、第２の実施の形態に係る半導体装置の構造を示す図面である。図３（Ｂ）は半導体装置のバンドダイアグラムを示す図面である。 図４（Ａ）、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）は、第１および第２の実施の形態に示された半導体装置の変形例を示す図面である。 図５（Ａ）、図５（Ｂ）および図５（Ｃ）は、第３の実施の形態に係る半導体装置を製造する方法を示す図面である。 図６（Ａ）、図６（Ｂ）および図６（Ｃ）は、第４の実施の形態に係る半導体装置を製造する方法を示す図面である。

符号の説明

１…半導体装置、３…ゲート電極、５…活性層、７…窒化物半導体層、９…半導体領域、１１…二次元電子ガス層、１２…燐元素、１３…基板、１７…ソース電極、１９…ドレイン電極、２１…半導体装置、２５…ｉ型ＧａＮ活性層、２７…ＡｌＧａＮ層、３５…活性層、３７…半導体領域、４１ａ…半導体装置、４５ａ…活性層、４７ａ…第１のIII族窒化物半導体層、５１ａ…第２のIII族窒化物半導体層、４１ｂ…半導体装置、４７ｂ…第１の窒化物半導体層、４５ｂ…活性層、５３ｂ…第２の窒化物半導体層、４１ｃ…半導体装置、４７ｃ…第１の窒化物半導体層、４５ｃ…活性層、５１ｃ…第２の窒化物半導体層、５３ｃ…第３の窒化物半導体層

Claims (7)

1. ゲート電極と、
   第１の禁制帯幅を有する第１のIII族窒化物半導体から成る活性層と、
   前記活性層と前記ゲート電極との間に設けられており、前記第１の禁制帯幅より大きな第２の禁制帯幅を有する第２のIII族窒化物半導体からなる窒化物半導体層と
   を備え、
   前記窒化物半導体層は、燐元素を含む半導体領域を有しており、
   前記ゲート電極は前記半導体領域上に設けられている、ことを特徴とする半導体装置。
2. ゲート電極と、
   第１の禁制帯幅を有する第１のIII族窒化物半導体から成る活性層と、
   前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられており、前記第１の禁制帯幅より大きな第２の禁制帯幅を有するIII−Ｖ化合物半導体からなる半導体領域と
   を備え、
   前記III−Ｖ化合物半導体は、燐元素および窒素元素を含んでおり、
   前記ゲート電極は前記半導体領域上に設けられている、ことを特徴とする半導体装置。
3. 前記半導体領域は、ＧａＮ半導体層およびＡｌＧａＮ半導体層を含んでおり、
   前記ＧａＮ半導体層は、前記ゲート電極と前記ＡｌＧａＮ半導体層との間に設けられている、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された半導体装置。
4. 前記活性層はＧａＮ半導体からなり、
   前記半導体領域は、燐が添加されたＡｌＧａＮ半導体からなる、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された半導体装置。
5. 前記活性層はＩｎＧａＮ半導体からなる、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載された半導体装置。
6. 前記半導体領域の前記燐元素はイオン注入により導入される、ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載された半導体装置。
7. 前記半導体領域の前記燐元素は、該半導体領域を結晶成長する際に導入される、ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載された半導体装置。
   

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