JP2011054845A - 窒化物半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】パッシベーション膜を形成した場合にも、界面リーク電流が抑制された窒化物半導体装置を実現できるようにする。
【解決手段】窒化物半導体装置は、基板１０１の上に形成された半導体層積層体１０２と、半導体層積層体１０２の上に互いに間隔をおいて形成された第１のオーミック電極１３１及びショットキー電極１３２と、半導体層積層体１０２の上を覆うパッシベーション膜１４１とを備えている。半導体層積層体１０２は、基板１０１の上に順次形成された第１の窒化物半導体層１２２、第２の窒化物半導体層１２３及びｐ型の第３の窒化物半導体層１２４を含む半導体層積層体１０２と有している。第３の窒化物半導体層１４１は、ｐ型の不純物を含み第１のオーミック電極１３１とショットキー電極１３２との間に形成され且つショットキー電極１３２と接するように選択的に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒化物半導体装置に関し、特に、電源回路等においてパワーデバイスとして用いることが可能な窒化物半導体装置に関する。
窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表される窒化物半導体は、ワイドギャップ半導体である。例えば、ＧａＮの室温におけるバンドギャップは３．４ｅＶであり、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は６．２ｅＶである。また、窒化物半導体は、絶縁破壊電界が大きく、電子の飽和ドリフト速度がＧａＡｓ等の化合物半導体又はシリコン（Ｓｉ）半導体等と比べて大きい。さらに、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）とＧａＮとのヘテロ構造（ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造）においてはヘテロ界面に自発分極及びピエゾ分極による電荷が生じ、アンドープ時においても１×１０13ｃｍ-2以上のシートキャリア濃度が得られる。ヘテロ界面における２次元電子ガス（２ＤＥＧ）を利用することにより、電流密度が大きいダイオード及びヘテロ接合電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ）が実現できる。このため、高出力化・高耐圧化に有利な窒化物半導体を用いたパワーデバイス等の研究開発が現在活発に行われている。
パワーデバイスとして用いるダイオードの１つにショットキーダイオードがある。ＡｌＧａＮ／ＧａＮへテロ構造を用いたショットキーダイオードは、アンドープＡｌＧａＮ層とアンドープＧａＮの界面に発生する２次元電子ガスをチャネルとして用いるため大電流、低抵抗な動作が可能である。一般に、ショットキーダイオードはスイッチング特性に優れ、順方向の立ち上り電圧が低いといった長所を有する。しかし、逆方向リーク電流が大きいという短所を有する。
ショットキーダイオードの逆方向リーク電流を低減するために、アノード電極に２種類のメタルを用い、ショットキーバリア高さの低いメタルを覆うようにショットキーバリア高さの高いメタルを形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。順方向に電圧が印加された場合には、ショットキーバリア高さの低いメタルに電流が流れるため低い立ち上り電圧を維持できる。一方、逆方向に電圧が印加された場合には、ショットキーバリア高さの高いメタルによりオフ状態とすることができるので逆方向リーク電流を低減できる。
ところで、デバイスの表面には表面保護膜としてパッシベーション膜を形成することが一般的である。パッシベーション膜を形成することにより、表面準位形成を抑制し電流コラプスと呼ばれる順方向電流の低下現象を低減するという利点が得られる。また、不純物がデバイスに侵入するのを防ぐ役割があるため、信頼性を向上するという観点からも、パッシベーション膜の形成は必要不可欠である。
特開２００５−３１７８４３号公報
しかしながら、パッシベーション膜を形成するとダイオードの逆方向リーク電流が大幅に増加するという問題を本願発明者らは見出した。パッシベーション膜を形成すると逆方向リーク電流が増加する原因は、パッシベーション膜とアンドープのＡｌＧａＮ層との界面にリークパスが形成されることによると考えられる。パッシベーション膜とアンドープのＡｌＧａＮ層との界面にリークパスが形成された場合には、アノード電極の構造を工夫したとしても、逆方向リーク電流を低減できない。また、ダイオードだけでなくヘテロ接合電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ）等においても同様の問題が生じる。
本発明は、本願発明者らが見出した知見に基づき、パッシベーション膜を形成した場合にも、界面リーク電流が抑制された窒化物半導体装置を実現できるようにすることを目的とする。
前記の目的を達成するため、本発明は窒化物半導体装置を、ショットキー電極とオーミック電極との間に、ショットキー電極と接して形成されたｐ型の窒化物半導体層を備えている構成とする。
具体的に、本発明に係る窒化物半導体装置は、基板の上に形成された第１の窒化物半導体層、該第１の窒化物半導体層の上に形成され第１の窒化物半導体層と比べてバンドギャップが大きい第２の窒化物半導体層及び該第２の窒化物半導体層の上に選択的に形成されたｐ型の第３の窒化物半導体層を含む半導体層積層体と、半導体層積層体の上に互いに間隔をおいて形成された第１のオーミック電極及びショットキー電極と、半導体層積層体の上を覆うパッシベーション膜とを備え、第３の窒化物半導体層は、第１のオーミック電極とショットキー電極との間に形成され且つ第２の窒化物半導体層及びショットキー電極と接している。
本発明の窒化物半導体装置は、第３の窒化物半導体層が第１のオーミック電極とショットキー電極との間に形成され且つ第２の窒化物半導体層及びショットキー電極と接している。このため、半導体層積層体とパッシベーション膜との界面に生じるリークパスが第３の窒化物半導体層によりブロックされる。また、第３の窒化物半導体層から空乏層が拡がるのでショットキーリークも低減できる。このため、パッシベーション膜を形成した場合においても、従来の窒化物半導体装置と比べて大幅にリーク電流を低減できる。一方、順方向バイアスが印加された場合には、空乏層が縮小するため順方向特性にほとんど影響が生じない。
本発明の窒化物半導体装置において、ショットキー電極は、第３の窒化物半導体層の上面の少なくとも一部と接している構成とすればよい。このような構成とすれば、ショットキー電極を形成する際の位置合わせが容易となる。
本発明の窒化物半導体装置において、第２の窒化物半導体層は、第２の窒化物半導体層の他の部分よりも膜厚が厚い凸部を有し、第３の窒化物半導体層は凸部の上に形成されていてもよい。このような構成とすれば、第３の窒化物半導体層による２次元電子ガスのキャリア濃度の低下を抑えることができる。
本発明の窒化物半導体装置において、第１のオーミック電極は、カソード電極であり、ショットキー電極は、アノード電極である構成としてもよい。
本発明の窒化物半導体装置において、アノード電極の下端部は、第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との界面よりも下側に達していてもよい。
本発明の窒化物半導体装置において、第１の窒化物半導体層は複数であり、第２の窒化物半導体層は複数であり、第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層とは交互に形成されていてもよい。この場合において、アノード電極の下端部は、最も下側に形成された第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との界面よりも下側に達している構成としてもよい。
本発明の窒化物半導体装置において、アノード電極は、互いに並列に接続された複数のアノードフィンガーを有し、カソード電極は、互いに並列に接続された複数のカソードフィンガーを有し、アノードフィンガーとカソードフィンガーとは、交互に形成されている構成としてもよい。
この場合において、第３の窒化物半導体層は、複数のアノード電極フィンガーのそれぞれを囲んでいてもよい。また、第３の窒化物半導体層は、アノード電極フィンガーを不連続に囲んでいてもよい。
本発明の窒化物半導体装置は、ショットキー電極の第１のオーミック電極と反対側に形成された第２のオーミック電極をさらに備え、第１のオーミック電極は、ドレイン電極であり、第２のオーミック電極は、ソース電極であり、ショットキー電極は、ゲート電極である構成としてもよい。
本発明の窒化物半導体装置において、第２の窒化物半導体層は、ドレイン電極とソース電極との間に形成された凹部を有し、ゲート電極は、凹部埋めるように形成されていてもよい。
本発明の窒化物半導体装置において、第２の窒化物半導体層は、ドレイン電極とソース電極との間に形成された凹部を有し、ゲート電極及び第３の窒化物半導体層は、凹部に形成されていてもよい。
本発明の窒化物半導体装置において、第３の窒化物半導体層は、ゲート電極を囲むように形成されていてもよい。
本発明の窒化物半導体装置において、ソース電極は、互いに並列に接続された複数のソース電極フィンガーを有し、ドレイン電極は、互いに並列に接続された複数のドレイン電極フィンガーを有し、ゲート電極は、互いに並列に接続された複数のゲート電極フィンガーを有し、ソース電極フィンガーとドレイン電極フィンガーとは、交互に形成され、ゲート電極フィンガーは、ソース電極フィンガーとドレイン電極フィンガーとの間に形成されていてもよい。
この場合において、第３の窒化物半導体層は、複数のゲート電極フィンガーのそれぞれを囲んでいてもよい。また、第３の窒化物半導体層は、ゲート電極フィンガーを不連続に囲んでいてもよい。
本発明の窒化物半導体デバイスによれば、低リーク電流を実現する窒化物半導体デバイスを提供することが可能となる。
一実施形態に係る窒化物半導体装置を示す断面図である。 一実施形態に係る窒化物半導体装置の変形例を示す断面図である。 一実施形態に係る窒化物半導体装置の変形例を示す断面図である。 一実施形態に係る窒化物半導体装置の変形例を示す断面図である。 一実施形態に係る窒化物半導体装置の変形例を示す断面図である。 一実施形態に係る窒化物半導体装置の変形例を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は一実施形態に係る窒化物半導体装置の変形例を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す平面図であり、（ｃ）は（ａ）のVIIｃ−VIIｃ線における断面図である。 一実施形態に係る窒化物半導体装置の変形例を示す平面図である。 一実施形態に係る窒化物半導体装置の変形例を示す断面図である。 一実施形態に係る窒化物半導体装置の変形例を示す断面図である。 一実施形態に係る窒化物半導体装置の変形例を示す断面図である。 一実施形態に係る窒化物半導体装置の変形例を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は一実施形態に係る窒化物半導体装置の変形例を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す平面図であり、（ｃ）は（ｂ）のXIIIｃ−XIIIｃ線における断面図である。
本明細書においてＡｌＧａＮとは、３元混晶ＡｌxＧａ1-xＮ（但し０≦ｘ≦１）のことを表す。多元混晶はそれぞれの構成元素記号の配列、例えばＡｌＩｎＮ、ＧａＩｎＮ等と略記する。例えば、窒化物半導体ＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（但し０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）はＡｌＧａＩｎＮと略記する。また、アンドープは、不純物が意図的に導入されていないことを意味する。
（一実施形態）
図１は、一実施形態に係る窒化物半導体装置の断面構成を示している。図１に示すように、本実施形態の窒化物半導体装置は、ショットキーダイオードである。基板１０１の上に窒化物半導体からなる半導体層積層体１０２が形成されている。半導体層積層体１０２は、バッファ層１２１と、バッファ層１２１の上に形成された第１の窒化物半導体層１２２と、第１の窒化物半導体層１２２の上に形成された第２の窒化物半導体層１２３と、第２の窒化物半導体層１２３の上に選択的に形成された第３の窒化物半導体層１２４とを有している。バッファ層１２１は、膜厚が２μｍ程度のＡｌＮ等とすればよい。バッファ層１２１の膜厚及び材質は基板１０１の種類に応じて適宜変更すればよい。また、基板の種類によってはバッファ層１２１を形成しなくてもよい。第１の窒化物半導体層１２２は、膜厚が３μｍ程度のアンドープＧａＮとすればよい。第２の窒化物半導体層は、膜厚が２５ｎｍ程度のアンドープＡｌＧａＮとすればよい。第３の窒化物半導体層は、第２の窒化物半導体層１２３の上に選択的に形成された膜厚が２００ｎｍ程度のｐ型のＡｌＧａＮとすればよい。
半導体層積層体１０２の上にはオーミック電極であるカソード電極１３１と、ショットキー電極であるアノード電極１３２とが形成されている。カソード電極１３１は、例えばチタンとアルミニウムとの積層膜であり、第２の窒化物半導体層１２３と第１の窒化物半導体層１２２との界面よりも下側に達するリセス部に形成され、２ＤＥＧと直接接している。また、第３の窒化物半導体層１２４とは間隔をおいて形成されている。なお、２ＤＥＧに対してオーミック接合を形成できればリセス領域を設けなくてもよい。アノード電極１３２は、第２の窒化物半導体層１２３の上に形成されショットキーメタルからなる。また、第３の窒化物半導体層１２４におけるカソード電極１３１と反対側の側面と接している。ショットキーメタルは、例えばニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）又は金（Ａｕ）とすればよい。また、これらの２つ以上からなる積層膜としてもよい。
半導体層積層体１０２は、窒化シリコン（ＳｉＮ）等からなるパッシベーション膜１４１に覆われている。従来のショットキーダイオードは、パッシベーション膜を形成すると、逆バイアスを印加した際のリーク電流が、パッシベーション膜を形成していない場合と比べて３桁程度増大する。これは、パッシベーション膜と半導体層積層体との界面にリークパスが生じるためであると考えられる。しかし、本実施形態の半導体装置はアノード電極１３２がｐ型の第３の窒化物半導体層１２４を挟んでカソード電極１３１と反対側に形成され且つアノード電極１３２が第３の窒化物半導体層１２４と接している。このため、本実施形態の半導体装置は、パッシベーション膜１４１を形成した場合においても、逆バイアス時におけるリーク電流を小さく保つことができる。
ｐ型の第３の窒化物半導体層１２４はポテンシャルバリアとなるため、パッシベーション膜１４１と第２の窒化物半導体層１２３との界面に生じるリークパスは、第３の窒化物半導体層１２４により遮断される。このため、パッシベーション膜１４１と第２の窒化物半導体層１２３との界面を流れるリーク電流を大幅に低減することができる。また、第３の窒化物半導体層１２４の下方には空乏層が拡がる。このため、２ＤＥＧが狭窄され、ショットキー接合におけるリーク電流も低減される。この結果、本実施形態の窒化物半導体装置は、従来のパッシベーション膜を有する窒化物半導体装置と比べてリーク電流を４桁程度低減することができる。
また、第３の窒化物半導体層１２４を形成することにより、従来の窒化物半導体装置と比べて耐圧も上昇する。これは、第３の窒化物半導体層１２４がフィールドプレートのように働き、ショットキー接合箇所における電界集中が緩和されることによると考えられる。
一方、ショットキーダイオードに順方向バイアスを印加した場合には、空乏層が縮小し、順方向電流はショットキー接合の方を流れるため、順方向特性は第３の窒化物半導体層１２４を形成していない場合と比べてほとんど変化しない。
本実施形態においては、アノード電極１３２を第３の窒化物半導体層１２４の上面の一部を覆うように形成した。このように、アノード電極１３２と第３の窒化物半導体層１２４とが重なるように形成すれば位置合わせが容易となる。しかし、アノード電極１３２が第３の窒化物半導体層１２４を挟んでカソード電極１３１と反対側に形成され且つ第３の窒化物半導体層１２４の電位をアノード電極１３２の電位と等しくできれば、どのような構成としてもよい。但し、第３の窒化物半導体層１２４とカソード電極１３１とが接していると第３の窒化物半導体層１２４を電流が流れてしまうので好ましくない。
アノード電極１３２は、第２の窒化物半導体層１２３の上に形成した。しかし、図２に示すように、第２の窒化物半導体層１２３と第１の窒化物半導体層１２２との界面よりも下側に達するリセス部を形成し、アノード電極１３２をリセス部に形成してもよい。このような構成とすれば、ショットキーメタルが２ＤＥＧ層と直接接触するため、順方向特性を向上させることができる。
また、第２の窒化物半導体層１２３の膜厚を一定とした例を示したが、図３に示すように、第２の窒化物半導体層１２３に他の部分よりも膜厚が厚い凸部１２３ａを形成し、第３の窒化物半導体層１２４を凸部１２３ａの上に形成してもよい。ｐ型の第３の窒化物半導体層１２４が形成されている部分の直下においては、バンドの持ち上げ効果により２ＤＥＧ層のキャリア濃度が低くなるおそれがある。第３の窒化物半導体層１２４の直下において、第２の窒化物半導体層１２３の膜厚を厚くすることにより、第３の窒化物半導体層１２４による２ＤＥＧ層のキャリア濃度の低下を補償し、オン抵抗を低減することが可能となる。ＡｌＧａＮからなる第２の窒化物半導体層１２３を形成する場合、膜厚を２５ｎｍ程度とすることが一般的である。この場合には、第３の窒化物半導体層１２４の直下における膜厚を３０ｎｍ〜４５ｎｍ程度とすればよい。なお、この構成とアノード電極１３２をリセス部に形成する構成とを組み合わせてもよい。
図４に示すように、半導体層積層体１０２を、アンドープのＧａＮからなる第１の窒化物半導体層１２２Ａと、アンドープのＡｌＧａＮからなる第２の窒化物半導体層１２３Ａとが交互に積層されたマルチチャネル層１２６を有している構成としてもよい。
マルチチャネル層１２６を形成した場合には、各第１の窒化物半導体層における第１の窒化物半導体層１２２Ａと第２の窒化物半導体層１２３Ａとの界面近傍にチャネルとなる２ＤＥＧが発生する。チャネルが複数となることにより、オン抵抗を大幅に低減することが可能となる。この場合においても、図５に示すようにアノード電極１３２をリセス部に形成し、各２ＤＥＧと直接接するようにしてもよい。また、図６に示すように最上層の第２の窒化物半導体層１２３Ａにおいて、ｐ型の第３の窒化物半導体層１２４が形成されている部分の直下に膜厚を他の部分よりも厚い凸部１２３ａを形成してもよい。図４〜図６において、第１の窒化物半導体層１２２Ａと第２の窒化物半導体層１２３Ａとを２周期としたが、３周期以上積層してもよい。
また、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように複数のカソード電極フィンガー１３１Ａと複数のアノード電極フィンガー１３２Ａとが交互に配置された、マルチフィンガー型のダイオードとしてもよい。図７（ａ）は全体の平面構成を示し、（ｂ）はカソード電極フィンガー１３１Ａ及びアノード電極フィンガー１３２Ａの平面構成を拡大して示し、（ｃ）は（ｂ）のVIIｃ−VIIｃ線における断面構成を示している。図７（ｂ）においてパッシベーション膜１４１、層間絶縁膜１４５、カソード配線１５１及びアノード配線１５４の図示は省略している。
カソード電極フィンガー１３１Ａは、層間絶縁膜１４５の上に形成されたカソード配線１５１によりカソードパッド１５２と接続されている。アノード電極フィンガー１３２Ａは、アノード配線１５４によりアノードパッド１５５と接続されている。
図７において第３の窒化物半導体層１２４はアノード電極フィンガー１３２Ａを囲むように形成している。空乏層は第３の窒化物半導体層１２４の直下だけでなく斜め下方向にも拡がる。このため、第３の窒化物半導体層１２４は連続してアノード電極フィンガー１３２Ａを囲む必要はなく、図８に示すように不連続にアノード電極フィンガー１３２Ａを囲むようにしてもよい。このようにすれば、第３の窒化物半導体層１２４による２ＤＥＧ層のキャリア濃度の低下を抑えることができる。第３の窒化物半導体層１２４を構成する複数の部分同士の間隔は、空乏層が互いに重なり合うように調整すればよい。図７において、図２と同様に第２の窒化物半導体層１２３と第１の窒化物半導体層１２２との界面よりも下側に達するリセス部にアノード電極フィンガー１３２Ａを形成する例を示した。しかし、アノード電極フィンガー１３２Ａは必ずしもリセス構造を有していなくてもよい。また、図３〜図６に示した構成においてマルチフィンガー型のダイオードを構成してもよい。
ダイオードに限らず図９に示すようにトランジスタとしてもよい。トランジスタの場合には、オーミック電極としてソース電極１３５及びドレイン電極１３６を形成し、ショットキー電極としてゲート電極１３７を形成すればよい。第３の窒化物半導体層１２４は、ゲート電極１３７を囲むように形成すればよい。これによりソース電極１３５とゲート電極１３７との間のリーク電流及びドレイン電極１３６とゲート電極１３７との間のリーク電流を低減できる。
トランジスタの場合には、ドレイン電極１３６とゲート電極１３７との間のリーク電流だけが問題となることが一般的である。このため、図１０に示すようにゲート電極１３７とソース電極１３５との間には第３の窒化物半導体層１２４を形成しなくてもよい。また、第３の窒化物半導体層１２４の直下において第２の窒化物半導体層１２３の膜厚を厚くする構成としてもよい。
図１１に示すように、第２の窒化物半導体層１２３に凹部を形成し、ゲート電極１３７を凹部を埋めるように形成してもよい。このように、ゲートリセス構造とすることにより電流コラプスを低減したり、閾値電圧を高くしたりすることができる。また、図１２に示すようにゲート電極１３７及び第３の窒化物半導体層１２４を凹部に形成するワイドリセス構造としてもよい。図１１及び図１２においても、ソース電極１３５とゲート電極１３７との間には第３の窒化物半導体層１２４を形成しない構成としてもよい。
また、図１３（ａ）〜（ｃ）に示すように、複数のソース電極フィンガー１３５Ａと複数のドレイン電極フィンガー１３６Ａとが交互に形成され、ソース電極フィンガー１３５Ａとドレイン電極フィンガー１３６Ａとの間にゲート電極フィンガー１３７Ａが形成されたマルチフィンガー型のトランジスタとしてもよい。図１３（ａ）は全体の平面構成を示し、（ｂ）はソース電極フィンガー１３５Ａ、ドレイン電極フィンガー１３６Ａ及びゲート電極フィンガー１３７Ａの平面構成を拡大して示し、（ｃ）は（ｂ）のXIIIｃ−XIIIｃ線における断面構成を示している。図１３（ｂ）においてパッシベーション膜１４１、層間絶縁膜１４５、ソース配線１６１、ドレイン配線１６４及びゲート配線１６７の図示は省略している。
ソース電極フィンガー１３５Ａは、層間絶縁膜１４５の上に形成されたソース配線１６１によりソースパッド１６２と接続されている。ドレイン電極フィンガー１３６Ａは、ドレイン配線１６４によりドレインパッド１６５と接続されている。ゲート電極フィンガー１３７Ａは、ゲート配線１６７によりゲートパッド１６８と接続されている。
ソース電極フィンガー１３５Ａとゲート電極フィンガー１３７Ａとの間には第３の窒化物半導体層１２４を形成しない構成としてもよい。また、第３の窒化物半導体層１２４を連続的に形成するのではなく、第３の窒化物半導体層１２４を複数の部分に分割し、複数の部分を所定の間隔をおいて配置する構成としてもよい。
第３の窒化物半導体層は、ｐ型の窒化物半導体層であればよく、ＡｌＧａＮに代えてＧａＮとしてもよい。但し、第３の窒化物半導体層のバンドギャップを第２の窒化物半導体層のバンドギャップよりも大きくしない方が好ましい。従って、第３の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層を共にＡｌＧａＮとする場合には、第３の窒化物半導体層のＡｌ組成比を第２の窒化物半導体層のＡｌ組成比よりも大きくしない方が好ましい。ｐ型の不純物としてはマグネシウム（Ｍｇ）等を用いればよい。不純物濃度は、１×１０17ｃｍ-3程度以上あれば、第２の窒化物半導体層とパッシベーション膜との界面に形成されるリークパスの影響を抑えることができる。より効果的にリークパスの影響を抑えるためには１×１０18ｃｍ-3程度以上とすることが好ましい。但し、第３の窒化物半導体層の不純物濃度が高すぎると、２ＤＥＧのキャリア濃度が低下してしまうため、１×１０20ｃｍ-3程度以下とすればよい。２ＤＥＧ層への影響をより小さくするためには、１×１０19ｃｍ-3程度以下とすることが好ましい。
第３の窒化物半導体層の幅は、第２の窒化物半導体層とパッシベーション膜との界面に形成されるリークパスの影響を抑えることができれば、どのように設定してもよい。但し、第３の窒化物半導体層の幅を大きくすると、２ＤＥＧのキャリア濃度が低下する領域が大きくなってしまう。また、あまりに小さくするとプロセスマージンがなくなり形成が困難となる。このため、１μｍ程度とすることが好ましい。
第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層とは、ヘテロ接合界面に２ＤＥＧが形成できればどのような組み合わせとしてもよい。
パッシベーション膜がＳｉＮ膜の場合について説明したが、他の材料からなる場合にも同様の効果が得られる。パッシベーション膜はＳｉＮ膜に代えて、ＡｌＮ膜、ＳｉＯ2膜又はＡｌ2Ｏ3膜等としてもよい。また、ＡｌＮ膜とＳｉＮ膜との積層膜等としてもよい。
基板は、シリコン（Ｓｉ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）又はサファイア等とすればよい。
本発明に係る窒化物半導体装置は、パッシベーション膜を形成した場合にも、界面リーク電流が抑制された窒化物半導体装置を実現でき、特に電源回路におけるパワーデバイス等として有用である。
１０１ 基板
１０２ 半導体層積層体
１２１ バッファ層
１２２ 第１の窒化物半導体層
１２２Ａ 第１の窒化物半導体層
１２３ 第２の窒化物半導体層
１２３ａ 凸部
１２３Ａ 第２の窒化物半導体層
１２４ 第３の窒化物半導体層
１２６ マルチチャネル層
１３１ カソード電極
１３１Ａ カソード電極フィンガー
１３２ アノード電極
１３２Ａ アノード電極フィンガー
１３５ ソース電極
１３５Ａ ソース電極フィンガー
１３６ ドレイン電極
１３６Ａ ドレイン電極フィンガー
１３７ ゲート電極
１３７Ａ ゲート電極フィンガー
１４１ パッシベーション膜
１４５ 層間絶縁膜
１５１ カソード配線
１５２ カソードパッド
１５４ アノード配線
１５５ アノード配線
１６１ ソース配線
１６２ ソースパッド
１６４ ドレイン配線
１６５ ドレインパッド
１６７ ゲート配線
１６８ ゲートパッド

Claims (17)

  1. 基板の上に形成された第１の窒化物半導体層、該第１の窒化物半導体層の上に形成され前記第１の窒化物半導体層と比べてバンドギャップが大きい第２の窒化物半導体層及び該第２の窒化物半導体層の上に選択的に形成されたｐ型の第３の窒化物半導体層を含む半導体層積層体と、
    前記半導体層積層体の上に互いに間隔をおいて形成された第１のオーミック電極及びショットキー電極と、
    前記半導体層積層体の上を覆うパッシベーション膜とを備え、
    前記第３の窒化物半導体層は、前記第１のオーミック電極と前記ショットキー電極との間に形成され且つ前記第２の窒化物半導体層及び前記ショットキー電極と接していることを特徴とする窒化物半導体装置。
  2. 前記ショットキー電極は、前記第３の窒化物半導体層の上面の少なくとも一部と接していることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体装置。
  3. 前記第２の窒化物半導体層は、該第２の窒化物半導体層の他の部分よりも膜厚が厚い凸部を有し、
    前記第３の窒化物半導体層は、前記凸部の上に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
  4. 前記第１のオーミック電極は、カソード電極であり、
    前記ショットキー電極は、アノード電極であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の窒化物半導体装置。
  5. 前記アノード電極の下端部は、前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との界面よりも下側に達していることを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体装置。
  6. 前記第１の窒化物半導体層は複数であり、
    前記第２の窒化物半導体層は複数であり、
    前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層とは交互に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体装置。
  7. 前記アノード電極の下端部は、最も下側に形成された前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との界面よりも下側に達していることを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体装置。
  8. 前記アノード電極は、互いに並列に接続された複数のアノードフィンガーを有し、
    前記カソード電極は、互いに並列に接続された複数のカソードフィンガーを有し、
    前記アノードフィンガーと前記カソードフィンガーとは、交互に形成されていることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
  9. 前記第３の窒化物半導体層は、前記複数のアノードフィンガーのそれぞれを囲むことを特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体装置。
  10. 前記第３の窒化物半導体層は、前記複数のアノードフィンガーのそれぞれを不連続に囲むことを特徴とする請求項９に記載の窒化物半導体装置。
  11. 前記ショットキー電極の前記第１のオーミック電極と反対側に形成された第２のオーミック電極をさらに備え、
    前記第１のオーミック電極は、ドレイン電極であり、
    前記第２のオーミック電極は、ソース電極であり、
    前記ショットキー電極は、ゲート電極であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
  12. 前記第２の窒化物半導体層は、前記ドレイン電極と前記ソース電極との間に形成された凹部を有し、
    前記ゲート電極は、前記凹部埋めるように形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体装置。
  13. 前記第２の窒化物半導体層は、前記ドレイン電極と前記ソース電極との間に形成された凹部を有し、
    前記ゲート電極及び第３の窒化物半導体層は、前記凹部に形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体装置。
  14. 前記第３の窒化物半導体層は、前記ゲート電極を囲むように形成されていることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
  15. 前記ソース電極は、互いに並列に接続された複数のソース電極フィンガーを有し、
    前記ドレイン電極は、互いに並列に接続された複数のドレイン電極フィンガーを有し、
    前記ゲート電極は、互いに並列に接続された複数のゲート電極フィンガーを有し、
    前記ソース電極フィンガーとドレイン電極フィンガーとは、交互に形成され、
    前記ゲート電極フィンガーは、前記ソース電極フィンガーと前記ドレイン電極フィンガーとの間に形成されていることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
  16. 前記第３の窒化物半導体層は、前記複数のゲート電極フィンガーのそれぞれを囲むことを特徴とする請求項１５に記載の窒化物半導体装置。
  17. 前記第３の窒化物半導体層は、前記ゲートフィンガーを不連続に囲むことを特徴とする請求項１６に記載の窒化物半導体装置。
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