半導体装置
【課題】円弧状の部分を有する電極と先端部分を有する電極での円弧状の部分と先端部分との間で流れる電流密度を均一化するために、電極の先端部分における電流集中を緩和させ、電流集中に起因する半導体装置の破壊を防止できる半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置は、基板と、基板上に形成され、かつヘテロ接合に基づくキャリア走行層を有する化合物半導体層と、化合物半導体層上に形成される第１の主電極１４と、化合物半導体層上において平面的に見て第１の主電極１４を包囲するように形成され、かつ直線領域と円弧領域とを有する第２の主電極１５と、化合物半導体層上において第１の主電極及び第２の主電極に対向するように形成された制御電極１６と、を備え、第１の主電極及び第２の主電極の間に電流が流れる半導体装置であって、第１の主電極と第２の主電極の円弧領域との間に電流制限部１９を設けた。
【解決手段】半導体装置は、基板と、基板上に形成され、かつヘテロ接合に基づくキャリア走行層を有する化合物半導体層と、化合物半導体層上に形成される第１の主電極１４と、化合物半導体層上において平面的に見て第１の主電極１４を包囲するように形成され、かつ直線領域と円弧領域とを有する第２の主電極１５と、化合物半導体層上において第１の主電極及び第２の主電極に対向するように形成された制御電極１６と、を備え、第１の主電極及び第２の主電極の間に電流が流れる半導体装置であって、第１の主電極と第２の主電極の円弧領域との間に電流制限部１９を設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、特に、円弧状の部分を有する電極を備えた半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム系等の窒化物系化合物半導体は、絶縁破壊電界が高いことから、低損失の高耐圧パワーデバイス等への応用が期待されている。近年、そのような窒化物系化合物半導体を用いた半導体装置において、くし型（フィンガ型）の電極構造を有する半導体装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−６００４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
くし型の電極構造を有する半導体装置では、その電極構造において、直線状の部分と、その直線状の部分に連結する円弧状の部分が存在する。そのような、円弧状の部分を有する電極を用いた場合、電極の先端部分において電流が集中してしまうという問題がある。そのことを図１２を参照して説明する。図１２は、導通時における窒化物半導体系高電子移動度トランジスタ（ＧａＮ−ＨＥＭＴ）の円弧状の部分を用いた電極部の一部平面図を示す。図１２において、電極部１００は、円弧状の部分１０１を有するソース電極１０２とゲート電極１０３と先端部分１０４を有するドレイン電極１０５を備えている。図中矢印は、ソース電極からドレイン電極への電流の流れを表している。図１２から分かるように、ソース電極１０２の円弧状の部分１０１からドレイン電極１０５の先端部分１０４に流れる電流は、先端部分１０４で集中してしまう。電流集中部では、集中していない部分よりも電圧降下が大きくなり、半導体装置の発熱や破壊が生じてしまう可能性がある。
【０００５】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、先端部分を有する電極の先端部分における電流集中に起因する半導体装置の破壊を防止できる半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体装置は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
【０００７】
第１の半導体装置（請求項１に対応）は、基板と、基板上に形成され、かつヘテロ接合に基づく二次元キャリアガス層を有する化合物半導体層と、化合物半導体層上に形成される第１の主電極と、化合物半導体層上において平面的に見て第１の主電極を包囲するように形成され、かつ直線領域と円弧領域とを有する第２の主電極と、化合物半導体層上において第１の主電極及び第２の主電極に対向するように形成された制御電極と、を備え、二次元キャリアガス層を介して第１の主電極及び第２の主電極の間に電流が流れる半導体装置であって、第１の主電極と第２の主電極の円弧領域との間に電流の流れを抑制する電流制限部を設けたことを特徴とする。
第２の半導体装置（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは、電流制限部は、第１の主電極と第２の主電極の円弧領域との間に形成される二次元キャリアガス層のキャリア濃度を部分的に低減した部分であることを特徴とする。
第３の半導体装置（請求項３に対応）は、上記の構成において、好ましくは、電流制限部は、第１の主電極と第２の主電極の円弧領域との間の制御電極直下の二次元キャリアガス層のキャリア濃度を部分的に低減した部分であることを特徴とする。
第４の半導体装置（請求項４に対応）は、上記の構成において、好ましくは、電流制限部は、第１の主電極と第２の主電極の円弧領域との間の二次元キャリアガス層を除去した部分であることを特徴とする。
第５の半導体装置（請求項５に対応）は、上記の構成において、好ましくは、化合物半導体層は、二次元キャリアガス層を含むキャリア走行層と、該キャリア走行層上にヘテロ接合をなすように形成されるキャリア供給層と、を備え、電流制限部は、第１の主電極と第２の主電極の円弧領域との間のキャリア供給層を部分的に薄くした部分であることを特徴とする。
第６の半導体装置（請求項６に対応）は、上記の構成において、好ましくは、電流制限部は、第１の主電極と第２の主電極の円弧領域との間のキャリア走行層に接合する化合物半導体層にフッ素イオンをドーピングした部分であることを特徴とする。
第７の半導体装置（請求項７に対応）は、上記の構成において、好ましくは、電流制限部は、第１の主電極と第２の主電極の円弧領域との間のキャリア走行層に接合した化合物半導体層のｐ型半導体層部分であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第１の主電極と第２の主電極の円弧領域との間に電流制限部を設けるようにしたので、第１の主電極の先端部分における電流集中が緩和され、これにより電流集中に起因する半導体装置の破壊を防止できる半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の平面図である。
【図２】図１のＡ部の拡大図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図２のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の電流制限部の寸法を説明する図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の動作を説明する図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。
【図８】図７のＤ−Ｄ断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る半導体装置を説明する断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る半導体装置を説明する断面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る半導体装置を説明する断面図である。
【図１２】従来の半導体装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００１１】
本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を図１〜図４を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の平面図である。図２は、図１のＡ部の拡大図である。図３は、図２のＢ−Ｂ断面図である。図４は、図２のＣ−Ｃ断面図である。
【００１２】
本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１０は、図１〜図４に示すように、窒化物系化合物半導体からなるキャリア走行層１１、バッファ層２０、キャリア供給層１７の複数層からなる半導体層１２と、半導体層１２の主面１３上に配置され、第１の主電極１４及び第２の主電極１５と、第１の主電極１４と第２の主電極１５の間で主面１３上に配置された制御電極１６を備えている。制御電極（ゲート電極）１６は、キャリア走行層１１を通って第１の主電極１４と第２の主電極１５の間に流れる主電流を制御する。以下では、第１の主電極１４がドレイン電極１４であり、第２の主電極１５がソース電極１５である場合について例示的に説明するが、第１の主電極１４がソース電極であり、第２の主電極１５がドレイン電極であってもよい。以下、第１の主電極、第２の主電極、制御電極という用語を用いて説明する。
【００１３】
図１に示すように、第２の主電極１５及び第１の主電極１４は、互いに紙面に向かって上下方向にそれぞれ延伸する複数の歯部分を有する櫛型形状をなして配置される。また、第３の電極１６は、第２の主電極１５と第１の主電極１４の間に配置される。
【００１４】
半導体層１２上に配置された第２の主電極１５及び第１の主電極１４は、電子供給層（キャリア供給層）１７との間でオーミック接触（低抵抗接触）を形成している。第２の主電極１５及び第１の主電極１４は、例えばチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）の積層体として形成可能である。
【００１５】
制御電極１６は、例えばニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）とチタン（Ｔｉ）の積層体からなる金属膜が採用可能であり、キャリア供給層１７とショットキー接触している。また、制御電極１６は、窒化物系化合物半導体とショットキー接合をなす材料、例えばＮｉ、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、銅（Ｃｕ）等が採用可能である。
【００１６】
図３に示すように、バッファ層２０、キャリア走行層１１、キャリア供給層１７の複数の層からなる半導体層１２は基板１８上に配置されるが、窒化物系化合物半導体装置の製造コストを低減するために、基板１８は大口径化が容易なシリコン基板であることが好ましい。シリコン基板は不純物を添加して導電性基板としてもよい。また、基板１８はセラミック半導体、ＳｉＣ基板としてもよい。さらに、基板１８の材料は、シリコンカーバイド、サファイア、スピネル、ＺｎＯ、ガリウム窒化物、アルミニウム窒化物、またはＩＩＩ族窒化物材料の成長が可能な任意の他の材料とすることができる。
【００１７】
図２は、図１のＡ部の拡大図である。半導体装置１０は、基板１８と、基板１８上に形成され、かつヘテロ接合に基づくキャリア走行層１１を有する化合物半導体層（半導体層）１２と、化合物半導体層１２上に形成される第１の主電極１４と、化合物半導体層１２上において第１の主電極１４を包囲するように形成され、かつ直線領域１５ａと円弧領域１５ｂとを有する第２の主電極１５と、化合物半導体層１２上において第１の主電極１４及び第２の主電極１５の間に形成された制御電極１６と、を備えている。そして、半導体装置１０では、第１の主電極１４と第２の主電極１５の間に電流が流れるようになっているが、第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間には電流の流れを抑制する電流制限部１９が設けられている。
【００１８】
電流制限部１９は、上記の構成において、好ましくは、第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間の二次元キャリアガス層を部分的に除去した部分である。具体的には、電流制限部１９は、第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間のキャリア供給層１７をリセスエッチングにより部分的に除去することによって二次元キャリアガス層２１を除去した部分である。更に、電流制限部１９は、第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間の制御電極直下の二次元キャリアガス層２１を部分的に除去した部分としてもよい。
【００１９】
図３は、図２のＢ−Ｂ断面図である。図３に示す半導体層１２は、それぞれが窒化物系化合物半導体からなるバッファ層２０、電子（キャリア）走行層１１及びキャリア供給層１７がこの順に積層された構造である。以下では、キャリア供給層１７がキャリア走行層１１に供給するキャリアが電子である例について説明する。つまり、２次元キャリアガス層２１は２次元電子ガス層（以下２ＤＥＧ層という）であり、ソース電極１５から２ＤＥＧ層２１を介してドレイン電極１４に電子が流れる。
【００２０】
バッファ層２０は、基板１８上に生成され、基板１８とキャリア走行層１１との間の格子不整合を緩和するためのものであるが、これを省略することもできる。
【００２１】
バッファ層２０上に配置されたキャリア走行層１１は、キャリア供給層１７とのヘテロ接合面の近傍に電流通路（チャネル）としての２ＤＥＧ層２１を得るための層である。キャリア走行層１１は、例えば不純物が添加されていないアンドープＧａＮを０．５〜１０μｍ程度の厚さに、ＭＯＣＶＤ法等でエピタキシャル成長させて形成する。適切なキャリア走行層１１は、Ａｌｙ１Ｇａｙ２Ｉｎ（１−ｙ１−ｙ２）Ｎ（０≦ｙ１＜１，０≦ｙ２≦１，ｙ１＋ｙ２≦１）などのＩＩＩ族窒化物材料からなる。本実施形態では、キャリア走行層１１は、膜厚約５〜６μｍでノンドープのＧａＮ層からなる。キャリア走行層１１は、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）、または分子線エピタキシー（ＭＢＥ）などの既知の半導体成長法を用いてバッファ層２０上に形成することができる。
【００２２】
キャリア走行層１１上に配置されたキャリア供給層１７は、キャリア走行層１１よりもバンドギャップが大きく、且つ格子定数の異なる窒化物半導体からなる。キャリア供給層１７は、ＡｌxＭyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表され、ここでＭはインジウム（Ｉｎ）或いはボロン（Ｂ）等である。組成比ｘは０．１〜０．５が好ましく、より好ましくは０．３である。キャリア供給層１７としてはアンドープのＡｌxＧａ1-xＮが採用可能であるが、ｎ型不純物を添加したＡｌxＧａ1-xＮからなる窒化物半導体も採用可能である。
【００２３】
キャリア供給層１７は、キャリア走行層１１上にＭＯＣＶＤ法等でエピタキシャル成長させて形成される。キャリア供給層１７の膜厚は、キャリア走行層１１とキャリア供給層１７との間のヘテロ接合に基づいて周知の２ＤＥＧ層２１が生じるように設定される。具体的には、キャリア供給層１７の膜厚は、キャリア走行層１１よりも薄い例えば５〜５０ｎｍ程度、より好ましくは５〜３０ｎｍ程度である。
【００２４】
なお、キャリア供給層１７としてｎ型不純物を添加したＡｌxＧａ1-xＮを採用してもよい。このキャリア供給層１７とＧａＮからなるキャリア走行層１１との間にアンドープＡｌＮからなるスペーサ層を配置してもよい。また、ソース電極１５及びドレイン電極１４とキャリア供給層１７との間に例えばｎ型ＡｌＧａＮからなるコンタクト層を配置してもよい。キャリア供給層１７は、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）、または分子線エピタキシー（ＭＢＥ）などの既知の半導体成長法を用いてキャリア走行層１１上に形成することができる。
【００２５】
図４は、図２のＣ−Ｃ断面図である。Ｃ−Ｃ断面では、Ｂ−Ｂ断面と異なる部分は、第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間のキャリア供給層１７を部分的に除去した部分を設けていることである。キャリア供給層１７が除去された部分は電流制限部１９を形成する。電流制限部１９では二次元キャリアガス（２ＤＥＧ）層が形成されなくなるので電流が流れなくなる。電流制限部１９は、具体的には第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間のキャリア供給層１７をリセスエッチングにより部分的に除去して形成する。電流制限部１９は、更に第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間の制御電極１６直下のキャリア供給層を部分的に除去するように形成してもよい。それ以外は、Ｂ−Ｂ断面と同様である。
【００２６】
図５は、電流制限部１９の寸法を説明する図である。図５（ａ）に示すように、各寸法の関係は、次のようになる。第１の主電極１４の幅（円弧部の直径）を２ａ、第１の主電極１４の円弧部の周長をｂ、制御電極１６の円弧部における第１の主電極１４側の端の周長をｃ、第１の主電極１４の端から制御電極１６の端までの距離をｒとすると、ｂ＝２πａ／４、ｃ＝２π（ａ＋ｒ）／４である。この構成の関係おいて、ｂ＜ｃの関係であるから電流が集中しやすいと考えられ、ｂ＝ｃの関係に近づけることで電流の集中を緩和することができる。
【００２７】
本実施形態においては、図５（ｂ）に示すように、電流制限部１９を形成することで上記のｂ＝ｃの関係に近づける。すなわち、制御電極１６において直下の２ＤＥＧが除去される部分の第１の主電極１４側の端のトータルの長さをＬ（図中では、Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）とすると、Ｌ＝ｃ−ｂ＝πｒ／２となるように、制御電極１６直下の２ＤＥＧを除去する。厳密には上記の計算式の寸法となるように電流制限部１９を設けることが好ましいが、電流集中を緩和する効果を得るために、電流制限部１９の領域は適宜変更できる
【００２８】
次に、本発明の第１実施形態に係る半導体装置１０の動作を、図６を参照して説明する。第１の主電極１４と第２の主電極１５間に電圧が印加されたとき、電流制限部１９のない領域には、２ＤＥＧ２１が形成されているため、第１の主電極１４と第２の主電極１５間に電流が流れる。これに対し、電流制限部１９には、キャリア供給層１７が除去されているため２ＤＥＧ２１が形成されず、電流が流れない。従って、図中の矢印で示す部分でだけ電流が流れる。それにより、第２の主電極１５の端部での電流集中を抑制する。
【００２９】
以上のように、本発明によれば、電流制限部１９を設けたことにより、第１の主電極１４の先端部分１４ａにおける電流集中を緩和させ、電流集中に起因する半導体装置１０の破壊を防止できる半導体装置１０を提供することができる。
【００３０】
以下に、本発明の第１の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体装置の製造方法を説明する。なお、以下に述べる窒化物系化合物半導体装置の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。
【００３１】
（工程１）先ず、基板１８上に、ＭＯＣＶＤ法等によりバッファ層２０、キャリア走行層１１及びキャリア供給層１７をこの順にエピタキシャル成長させて積層して、半導体層１２を形成する。キャリア走行層１１は、例えば膜厚０．５〜１０μｍのアンドープＧａＮ層をＭＯＣＶＤ法にて形成し、その上に形成されるキャリア供給層１７は、キャリア走行層１１よりもバンドギャップが大きく、且つ格子定数の異なる窒化物半導体からなり、例えばアンドープのＡｌＧａＮ層をＭＯＣＶＤ法にて形成する。
【００３２】
（工程２）キャリア供給層１７の制御電極を形成する箇所に部分的にリセスエッチングを施し、キャリア供給層１７を部分的に除去する。
【００３３】
（工程３）次に、半導体層１２上に、第２の主電極１５及び第１の主電極１４となる第１の導電体層を、半導体層１２上に蒸着する。第１の導電体層は、例えばＴｉとＡｌの積層構造が採用可能である。次いで、フォトリソグラフィ技術によりパターニングしたフォトレジスト膜をマスクにして、第１の導電体層をウェットエッチングして第２の主電極１５及び第１の主電極１４を形成する。
【００３４】
（工程４）次に、半導体層１２及び第２の主電極１５、第１の主電極１４上に絶縁膜を形成し、制御電極１６と半導体層１２とが接触する部分の絶縁膜を、フォトリソグラフィ技術及びウェットエッチングによって除去し、開口部を形成する。
【００３５】
（工程５）次いで、制御電極１６となる第２の導電体層をスパッタ法等により形成する。このとき、絶縁膜の開口部を埋め込むように第２の導電体層は形成され、開口部において第２の導電体層が半導体層１２とショットキー接合をなすように蒸着した後、リフトオフ法によって第２の導電体層を形成する。第２の導電体層としては、例えばＮｉとＡｕとＴｉの積層体等が採用可能である。
【００３６】
＜変形例＞
図７と図８は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る窒化物系化合物半導体装置を示す図である。図７は、第１の実施形態での図２に対応する図である。図８は、図７のＤ−Ｄ断面図である。図７と図８に示した窒化物系化合物半導体装置は、電流制限部３０が、第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間の制御電極１６の直下以外の二次元キャリアガス層２１も部分的に除去した部分であることが、図１〜図６で示した本発明の第１の実施形態と異なる。その他の構成については、図１〜図６で示した本発明の第１の実施形態に係る窒化物系化合物半導体装置と同様である。
【００３７】
図７と図８に示した窒化物系化合物半導体装置は、工程２において、制御電極を堆積する箇所とそれ以外の部分に部分的にリセスエッチングによりキャリア供給層１７をエッチングして２ＤＥＧ２１を部分的に除去する。
【００３８】
本発明の第１の実施形態の変形例に係る窒化物系化合物半導体装置によれば、第１の主電極１４と第２の主電極１５間に電圧が印加されたとき、電流制限部３０のない領域には、２ＤＥＧ２１が形成されているため、第１の主電極１４と第２の主電極１５間に電流が流れる。そのとき、電流制限部３０には、２ＤＥＧ２１が除去されているため、電流が流れない。従って、矢印で示す部分でだけ電流が流れる。それにより、第２の主電極の端部での電流集中を抑制する。よって、図１〜図６に示した第１の実施形態と同様に電流集中を抑制できる。
【００３９】
次に、本発明の第２実施形態に係る半導体装置を説明する。第２実施形態では、電流制限部３１が、第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間の二次元キャリアガス層のキャリア濃度を部分的に低減した部分である。図９は、図７のＤ−Ｄ断面図に対応する図である。図９で示すように、電流制限部３１を構成する第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間の制御電極１６周辺のキャリア供給層１７の厚みが、それ以外の領域におけるキャリア供給層１７の厚みよりも薄く形成されるところが、図１〜図６で示した本発明の第１の実施形態と異なる。その他の構成については、図１〜図６で示した本発明の第１の実施形態に係る窒化物系化合物半導体装置と同様である。そのため、同一の構成要素には、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４０】
図９に示した窒化物系化合物半導体装置は、第１実施形態の製造法の工程２において、ゲート電極を堆積する箇所のキャリア供給層１７を薄く残すように部分的にリセスエッチングを施し２ＤＥＧ２１のキャリア濃度を低減する。
【００４１】
本発明の第２の実施形態に係る窒化物系化合物半導体装置によれば、第１の主電極１４と第２の主電極１５間に電圧が印加されたとき、電流制限部３１のない領域には、２ＤＥＧ２１が形成されているため、第１の主電極１４と第２の主電極１５間に電流が流れる。そのとき、電流制限部３１は、２ＤＥＧ２１での電子濃度が低くされている高抵抗領域であるため、電流が抑制される。従って、電流制限部３１では、電流が抑制される。それにより、第１の主電極１４の端部１４ａでの電流集中を抑制する。よって、図１〜図６に示した第１の実施形態と同様に電流集中を抑制できる。
【００４２】
次に、本発明の第３実施形態に係る半導体装置を説明する。第３実施形態では、電流制限部３２は、第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間の制御電極１６直下の二次元キャリアガス層２１のキャリア濃度を部分的に低減した部分であることを特徴とする。上記の構成において、好ましくは、電流制限部３２が、第１の主電極と第２の主電極の円弧領域との間のキャリア走行層に接合する化合物半導体層にフッ素イオンをドーピングすることにより二次元キャリアガス層２１のキャリア濃度を部分的に低減した部分であることを特徴とする。
【００４３】
図１０は、図７のＤ−Ｄ断面図に対応する図である。図１０で示すように、電流制限部３２が、第１の主電極と第２の主電極の円弧領域との間のキャリア走行層１１に接合する化合物半導体層（キャリア供給層１７）にフッ素イオンをドーピングすることにより二次元キャリアガス層のキャリア濃度を部分的に低減した部分である点が図１〜図６で示した本発明の第１の実施形態と異なる。その他の構成については、図１〜図６で示した本発明の第１の実施形態に係る窒化物系化合物半導体装置と同様である。そのため、同一の構成要素には、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４４】
図１０に示した窒化物系化合物半導体装置は、第１実施形態の製造方法の工程２において、制御電極を堆積する箇所のキャリア供給層にフッ素イオンをドーピングすることにより２ＤＥＧのキャリア濃度を低減する。このフッ素イオンのドーピングは、フッ素系ガスプラズマ処理等により行うことができる。
【００４５】
本発明の第３の実施形態に係る窒化物系化合物半導体装置によれば、第２の実施形態と同様に電流集中を抑制できる。
【００４６】
次に、本発明の第４実施形態に係る半導体装置を説明する。第４実施形態では、電流制限部３２は、第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間の制御電極１６直下の二次元キャリアガス層２１のキャリア濃度を部分的に低減した部分であることを特徴とする。上記の構成において、好ましくは、電流制限部３２が、第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間のキャリア走行層１１に接合する化合物半導体層３３ａをｐ型半導体層にすることにより二次元キャリアガス層のキャリア濃度を部分的に低減した部分であることを特徴とする。
【００４７】
図１１は、図８のＤ−Ｄ断面図に対応する図である。図１１で示すように、電流制限部が、第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間のキャリア走行層１１上に、ｐ型半導体層３３ａを形成することにより二次元キャリアガス層２１のキャリア濃度を部分的に低減した部分である点が図１〜図６で示した本発明の第１の実施形態と異なる。その他の構成については、図１〜図６で示した本発明の第１の実施形態に係る窒化物系化合物半導体装置と同様である。そのため、同一の構成要素には、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４８】
図１１に示した窒化物系化合物半導体装置は、工程２において、ゲート電極を堆積する箇所のキャリア供給層にＭｇ等のｐ型不純物をイオン注入等によりドーピングすることにより２ＤＥＧのキャリア濃度を低減する。
【００４９】
本発明の第４の実施形態に係る窒化物系化合物半導体装置によれば、第２の実施形態と同様に電流集中を抑制できる。
【００５０】
なお、第２〜第４の実施形態では、電流制限部が制御電極直下にある例を示したが、それらに限らず、制御電極直下以外の部分に電流制限部を設けるようにしても良い。
【００５１】
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）等については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。また、実施例同士を組み合わせても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明に係る半導体装置は、高周波・高耐圧動作の電力素子としての半導体装置等に利用される。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 半導体装置
１１ キャリア走行層
１２ 半導体層
１３ 主面
１４ 第１の主電極（ドレイン電極）
１５ 第２の主電極（ソース電極）
１６ 制御電極
１７ キャリア供給層
１８ 基板
１９ 電流制限部
２０ バッファ層
２１ 二次元キャリアガス層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、特に、円弧状の部分を有する電極を備えた半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム系等の窒化物系化合物半導体は、絶縁破壊電界が高いことから、低損失の高耐圧パワーデバイス等への応用が期待されている。近年、そのような窒化物系化合物半導体を用いた半導体装置において、くし型（フィンガ型）の電極構造を有する半導体装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−６００４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
くし型の電極構造を有する半導体装置では、その電極構造において、直線状の部分と、その直線状の部分に連結する円弧状の部分が存在する。そのような、円弧状の部分を有する電極を用いた場合、電極の先端部分において電流が集中してしまうという問題がある。そのことを図１２を参照して説明する。図１２は、導通時における窒化物半導体系高電子移動度トランジスタ（ＧａＮ−ＨＥＭＴ）の円弧状の部分を用いた電極部の一部平面図を示す。図１２において、電極部１００は、円弧状の部分１０１を有するソース電極１０２とゲート電極１０３と先端部分１０４を有するドレイン電極１０５を備えている。図中矢印は、ソース電極からドレイン電極への電流の流れを表している。図１２から分かるように、ソース電極１０２の円弧状の部分１０１からドレイン電極１０５の先端部分１０４に流れる電流は、先端部分１０４で集中してしまう。電流集中部では、集中していない部分よりも電圧降下が大きくなり、半導体装置の発熱や破壊が生じてしまう可能性がある。
【０００５】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、先端部分を有する電極の先端部分における電流集中に起因する半導体装置の破壊を防止できる半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体装置は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
【０００７】
第１の半導体装置（請求項１に対応）は、基板と、基板上に形成され、かつヘテロ接合に基づく二次元キャリアガス層を有する化合物半導体層と、化合物半導体層上に形成される第１の主電極と、化合物半導体層上において平面的に見て第１の主電極を包囲するように形成され、かつ直線領域と円弧領域とを有する第２の主電極と、化合物半導体層上において第１の主電極及び第２の主電極に対向するように形成された制御電極と、を備え、二次元キャリアガス層を介して第１の主電極及び第２の主電極の間に電流が流れる半導体装置であって、第１の主電極と第２の主電極の円弧領域との間に電流の流れを抑制する電流制限部を設けたことを特徴とする。
第２の半導体装置（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは、電流制限部は、第１の主電極と第２の主電極の円弧領域との間に形成される二次元キャリアガス層のキャリア濃度を部分的に低減した部分であることを特徴とする。
第３の半導体装置（請求項３に対応）は、上記の構成において、好ましくは、電流制限部は、第１の主電極と第２の主電極の円弧領域との間の制御電極直下の二次元キャリアガス層のキャリア濃度を部分的に低減した部分であることを特徴とする。
第４の半導体装置（請求項４に対応）は、上記の構成において、好ましくは、電流制限部は、第１の主電極と第２の主電極の円弧領域との間の二次元キャリアガス層を除去した部分であることを特徴とする。
第５の半導体装置（請求項５に対応）は、上記の構成において、好ましくは、化合物半導体層は、二次元キャリアガス層を含むキャリア走行層と、該キャリア走行層上にヘテロ接合をなすように形成されるキャリア供給層と、を備え、電流制限部は、第１の主電極と第２の主電極の円弧領域との間のキャリア供給層を部分的に薄くした部分であることを特徴とする。
第６の半導体装置（請求項６に対応）は、上記の構成において、好ましくは、電流制限部は、第１の主電極と第２の主電極の円弧領域との間のキャリア走行層に接合する化合物半導体層にフッ素イオンをドーピングした部分であることを特徴とする。
第７の半導体装置（請求項７に対応）は、上記の構成において、好ましくは、電流制限部は、第１の主電極と第２の主電極の円弧領域との間のキャリア走行層に接合した化合物半導体層のｐ型半導体層部分であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第１の主電極と第２の主電極の円弧領域との間に電流制限部を設けるようにしたので、第１の主電極の先端部分における電流集中が緩和され、これにより電流集中に起因する半導体装置の破壊を防止できる半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の平面図である。
【図２】図１のＡ部の拡大図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図２のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の電流制限部の寸法を説明する図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の動作を説明する図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。
【図８】図７のＤ−Ｄ断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る半導体装置を説明する断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る半導体装置を説明する断面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る半導体装置を説明する断面図である。
【図１２】従来の半導体装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００１１】
本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を図１〜図４を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の平面図である。図２は、図１のＡ部の拡大図である。図３は、図２のＢ−Ｂ断面図である。図４は、図２のＣ−Ｃ断面図である。
【００１２】
本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１０は、図１〜図４に示すように、窒化物系化合物半導体からなるキャリア走行層１１、バッファ層２０、キャリア供給層１７の複数層からなる半導体層１２と、半導体層１２の主面１３上に配置され、第１の主電極１４及び第２の主電極１５と、第１の主電極１４と第２の主電極１５の間で主面１３上に配置された制御電極１６を備えている。制御電極（ゲート電極）１６は、キャリア走行層１１を通って第１の主電極１４と第２の主電極１５の間に流れる主電流を制御する。以下では、第１の主電極１４がドレイン電極１４であり、第２の主電極１５がソース電極１５である場合について例示的に説明するが、第１の主電極１４がソース電極であり、第２の主電極１５がドレイン電極であってもよい。以下、第１の主電極、第２の主電極、制御電極という用語を用いて説明する。
【００１３】
図１に示すように、第２の主電極１５及び第１の主電極１４は、互いに紙面に向かって上下方向にそれぞれ延伸する複数の歯部分を有する櫛型形状をなして配置される。また、第３の電極１６は、第２の主電極１５と第１の主電極１４の間に配置される。
【００１４】
半導体層１２上に配置された第２の主電極１５及び第１の主電極１４は、電子供給層（キャリア供給層）１７との間でオーミック接触（低抵抗接触）を形成している。第２の主電極１５及び第１の主電極１４は、例えばチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）の積層体として形成可能である。
【００１５】
制御電極１６は、例えばニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）とチタン（Ｔｉ）の積層体からなる金属膜が採用可能であり、キャリア供給層１７とショットキー接触している。また、制御電極１６は、窒化物系化合物半導体とショットキー接合をなす材料、例えばＮｉ、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、銅（Ｃｕ）等が採用可能である。
【００１６】
図３に示すように、バッファ層２０、キャリア走行層１１、キャリア供給層１７の複数の層からなる半導体層１２は基板１８上に配置されるが、窒化物系化合物半導体装置の製造コストを低減するために、基板１８は大口径化が容易なシリコン基板であることが好ましい。シリコン基板は不純物を添加して導電性基板としてもよい。また、基板１８はセラミック半導体、ＳｉＣ基板としてもよい。さらに、基板１８の材料は、シリコンカーバイド、サファイア、スピネル、ＺｎＯ、ガリウム窒化物、アルミニウム窒化物、またはＩＩＩ族窒化物材料の成長が可能な任意の他の材料とすることができる。
【００１７】
図２は、図１のＡ部の拡大図である。半導体装置１０は、基板１８と、基板１８上に形成され、かつヘテロ接合に基づくキャリア走行層１１を有する化合物半導体層（半導体層）１２と、化合物半導体層１２上に形成される第１の主電極１４と、化合物半導体層１２上において第１の主電極１４を包囲するように形成され、かつ直線領域１５ａと円弧領域１５ｂとを有する第２の主電極１５と、化合物半導体層１２上において第１の主電極１４及び第２の主電極１５の間に形成された制御電極１６と、を備えている。そして、半導体装置１０では、第１の主電極１４と第２の主電極１５の間に電流が流れるようになっているが、第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間には電流の流れを抑制する電流制限部１９が設けられている。
【００１８】
電流制限部１９は、上記の構成において、好ましくは、第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間の二次元キャリアガス層を部分的に除去した部分である。具体的には、電流制限部１９は、第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間のキャリア供給層１７をリセスエッチングにより部分的に除去することによって二次元キャリアガス層２１を除去した部分である。更に、電流制限部１９は、第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間の制御電極直下の二次元キャリアガス層２１を部分的に除去した部分としてもよい。
【００１９】
図３は、図２のＢ−Ｂ断面図である。図３に示す半導体層１２は、それぞれが窒化物系化合物半導体からなるバッファ層２０、電子（キャリア）走行層１１及びキャリア供給層１７がこの順に積層された構造である。以下では、キャリア供給層１７がキャリア走行層１１に供給するキャリアが電子である例について説明する。つまり、２次元キャリアガス層２１は２次元電子ガス層（以下２ＤＥＧ層という）であり、ソース電極１５から２ＤＥＧ層２１を介してドレイン電極１４に電子が流れる。
【００２０】
バッファ層２０は、基板１８上に生成され、基板１８とキャリア走行層１１との間の格子不整合を緩和するためのものであるが、これを省略することもできる。
【００２１】
バッファ層２０上に配置されたキャリア走行層１１は、キャリア供給層１７とのヘテロ接合面の近傍に電流通路（チャネル）としての２ＤＥＧ層２１を得るための層である。キャリア走行層１１は、例えば不純物が添加されていないアンドープＧａＮを０．５〜１０μｍ程度の厚さに、ＭＯＣＶＤ法等でエピタキシャル成長させて形成する。適切なキャリア走行層１１は、Ａｌｙ１Ｇａｙ２Ｉｎ（１−ｙ１−ｙ２）Ｎ（０≦ｙ１＜１，０≦ｙ２≦１，ｙ１＋ｙ２≦１）などのＩＩＩ族窒化物材料からなる。本実施形態では、キャリア走行層１１は、膜厚約５〜６μｍでノンドープのＧａＮ層からなる。キャリア走行層１１は、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）、または分子線エピタキシー（ＭＢＥ）などの既知の半導体成長法を用いてバッファ層２０上に形成することができる。
【００２２】
キャリア走行層１１上に配置されたキャリア供給層１７は、キャリア走行層１１よりもバンドギャップが大きく、且つ格子定数の異なる窒化物半導体からなる。キャリア供給層１７は、ＡｌxＭyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表され、ここでＭはインジウム（Ｉｎ）或いはボロン（Ｂ）等である。組成比ｘは０．１〜０．５が好ましく、より好ましくは０．３である。キャリア供給層１７としてはアンドープのＡｌxＧａ1-xＮが採用可能であるが、ｎ型不純物を添加したＡｌxＧａ1-xＮからなる窒化物半導体も採用可能である。
【００２３】
キャリア供給層１７は、キャリア走行層１１上にＭＯＣＶＤ法等でエピタキシャル成長させて形成される。キャリア供給層１７の膜厚は、キャリア走行層１１とキャリア供給層１７との間のヘテロ接合に基づいて周知の２ＤＥＧ層２１が生じるように設定される。具体的には、キャリア供給層１７の膜厚は、キャリア走行層１１よりも薄い例えば５〜５０ｎｍ程度、より好ましくは５〜３０ｎｍ程度である。
【００２４】
なお、キャリア供給層１７としてｎ型不純物を添加したＡｌxＧａ1-xＮを採用してもよい。このキャリア供給層１７とＧａＮからなるキャリア走行層１１との間にアンドープＡｌＮからなるスペーサ層を配置してもよい。また、ソース電極１５及びドレイン電極１４とキャリア供給層１７との間に例えばｎ型ＡｌＧａＮからなるコンタクト層を配置してもよい。キャリア供給層１７は、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）、または分子線エピタキシー（ＭＢＥ）などの既知の半導体成長法を用いてキャリア走行層１１上に形成することができる。
【００２５】
図４は、図２のＣ−Ｃ断面図である。Ｃ−Ｃ断面では、Ｂ−Ｂ断面と異なる部分は、第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間のキャリア供給層１７を部分的に除去した部分を設けていることである。キャリア供給層１７が除去された部分は電流制限部１９を形成する。電流制限部１９では二次元キャリアガス（２ＤＥＧ）層が形成されなくなるので電流が流れなくなる。電流制限部１９は、具体的には第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間のキャリア供給層１７をリセスエッチングにより部分的に除去して形成する。電流制限部１９は、更に第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間の制御電極１６直下のキャリア供給層を部分的に除去するように形成してもよい。それ以外は、Ｂ−Ｂ断面と同様である。
【００２６】
図５は、電流制限部１９の寸法を説明する図である。図５（ａ）に示すように、各寸法の関係は、次のようになる。第１の主電極１４の幅（円弧部の直径）を２ａ、第１の主電極１４の円弧部の周長をｂ、制御電極１６の円弧部における第１の主電極１４側の端の周長をｃ、第１の主電極１４の端から制御電極１６の端までの距離をｒとすると、ｂ＝２πａ／４、ｃ＝２π（ａ＋ｒ）／４である。この構成の関係おいて、ｂ＜ｃの関係であるから電流が集中しやすいと考えられ、ｂ＝ｃの関係に近づけることで電流の集中を緩和することができる。
【００２７】
本実施形態においては、図５（ｂ）に示すように、電流制限部１９を形成することで上記のｂ＝ｃの関係に近づける。すなわち、制御電極１６において直下の２ＤＥＧが除去される部分の第１の主電極１４側の端のトータルの長さをＬ（図中では、Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）とすると、Ｌ＝ｃ−ｂ＝πｒ／２となるように、制御電極１６直下の２ＤＥＧを除去する。厳密には上記の計算式の寸法となるように電流制限部１９を設けることが好ましいが、電流集中を緩和する効果を得るために、電流制限部１９の領域は適宜変更できる
【００２８】
次に、本発明の第１実施形態に係る半導体装置１０の動作を、図６を参照して説明する。第１の主電極１４と第２の主電極１５間に電圧が印加されたとき、電流制限部１９のない領域には、２ＤＥＧ２１が形成されているため、第１の主電極１４と第２の主電極１５間に電流が流れる。これに対し、電流制限部１９には、キャリア供給層１７が除去されているため２ＤＥＧ２１が形成されず、電流が流れない。従って、図中の矢印で示す部分でだけ電流が流れる。それにより、第２の主電極１５の端部での電流集中を抑制する。
【００２９】
以上のように、本発明によれば、電流制限部１９を設けたことにより、第１の主電極１４の先端部分１４ａにおける電流集中を緩和させ、電流集中に起因する半導体装置１０の破壊を防止できる半導体装置１０を提供することができる。
【００３０】
以下に、本発明の第１の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体装置の製造方法を説明する。なお、以下に述べる窒化物系化合物半導体装置の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。
【００３１】
（工程１）先ず、基板１８上に、ＭＯＣＶＤ法等によりバッファ層２０、キャリア走行層１１及びキャリア供給層１７をこの順にエピタキシャル成長させて積層して、半導体層１２を形成する。キャリア走行層１１は、例えば膜厚０．５〜１０μｍのアンドープＧａＮ層をＭＯＣＶＤ法にて形成し、その上に形成されるキャリア供給層１７は、キャリア走行層１１よりもバンドギャップが大きく、且つ格子定数の異なる窒化物半導体からなり、例えばアンドープのＡｌＧａＮ層をＭＯＣＶＤ法にて形成する。
【００３２】
（工程２）キャリア供給層１７の制御電極を形成する箇所に部分的にリセスエッチングを施し、キャリア供給層１７を部分的に除去する。
【００３３】
（工程３）次に、半導体層１２上に、第２の主電極１５及び第１の主電極１４となる第１の導電体層を、半導体層１２上に蒸着する。第１の導電体層は、例えばＴｉとＡｌの積層構造が採用可能である。次いで、フォトリソグラフィ技術によりパターニングしたフォトレジスト膜をマスクにして、第１の導電体層をウェットエッチングして第２の主電極１５及び第１の主電極１４を形成する。
【００３４】
（工程４）次に、半導体層１２及び第２の主電極１５、第１の主電極１４上に絶縁膜を形成し、制御電極１６と半導体層１２とが接触する部分の絶縁膜を、フォトリソグラフィ技術及びウェットエッチングによって除去し、開口部を形成する。
【００３５】
（工程５）次いで、制御電極１６となる第２の導電体層をスパッタ法等により形成する。このとき、絶縁膜の開口部を埋め込むように第２の導電体層は形成され、開口部において第２の導電体層が半導体層１２とショットキー接合をなすように蒸着した後、リフトオフ法によって第２の導電体層を形成する。第２の導電体層としては、例えばＮｉとＡｕとＴｉの積層体等が採用可能である。
【００３６】
＜変形例＞
図７と図８は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る窒化物系化合物半導体装置を示す図である。図７は、第１の実施形態での図２に対応する図である。図８は、図７のＤ−Ｄ断面図である。図７と図８に示した窒化物系化合物半導体装置は、電流制限部３０が、第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間の制御電極１６の直下以外の二次元キャリアガス層２１も部分的に除去した部分であることが、図１〜図６で示した本発明の第１の実施形態と異なる。その他の構成については、図１〜図６で示した本発明の第１の実施形態に係る窒化物系化合物半導体装置と同様である。
【００３７】
図７と図８に示した窒化物系化合物半導体装置は、工程２において、制御電極を堆積する箇所とそれ以外の部分に部分的にリセスエッチングによりキャリア供給層１７をエッチングして２ＤＥＧ２１を部分的に除去する。
【００３８】
本発明の第１の実施形態の変形例に係る窒化物系化合物半導体装置によれば、第１の主電極１４と第２の主電極１５間に電圧が印加されたとき、電流制限部３０のない領域には、２ＤＥＧ２１が形成されているため、第１の主電極１４と第２の主電極１５間に電流が流れる。そのとき、電流制限部３０には、２ＤＥＧ２１が除去されているため、電流が流れない。従って、矢印で示す部分でだけ電流が流れる。それにより、第２の主電極の端部での電流集中を抑制する。よって、図１〜図６に示した第１の実施形態と同様に電流集中を抑制できる。
【００３９】
次に、本発明の第２実施形態に係る半導体装置を説明する。第２実施形態では、電流制限部３１が、第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間の二次元キャリアガス層のキャリア濃度を部分的に低減した部分である。図９は、図７のＤ−Ｄ断面図に対応する図である。図９で示すように、電流制限部３１を構成する第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間の制御電極１６周辺のキャリア供給層１７の厚みが、それ以外の領域におけるキャリア供給層１７の厚みよりも薄く形成されるところが、図１〜図６で示した本発明の第１の実施形態と異なる。その他の構成については、図１〜図６で示した本発明の第１の実施形態に係る窒化物系化合物半導体装置と同様である。そのため、同一の構成要素には、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４０】
図９に示した窒化物系化合物半導体装置は、第１実施形態の製造法の工程２において、ゲート電極を堆積する箇所のキャリア供給層１７を薄く残すように部分的にリセスエッチングを施し２ＤＥＧ２１のキャリア濃度を低減する。
【００４１】
本発明の第２の実施形態に係る窒化物系化合物半導体装置によれば、第１の主電極１４と第２の主電極１５間に電圧が印加されたとき、電流制限部３１のない領域には、２ＤＥＧ２１が形成されているため、第１の主電極１４と第２の主電極１５間に電流が流れる。そのとき、電流制限部３１は、２ＤＥＧ２１での電子濃度が低くされている高抵抗領域であるため、電流が抑制される。従って、電流制限部３１では、電流が抑制される。それにより、第１の主電極１４の端部１４ａでの電流集中を抑制する。よって、図１〜図６に示した第１の実施形態と同様に電流集中を抑制できる。
【００４２】
次に、本発明の第３実施形態に係る半導体装置を説明する。第３実施形態では、電流制限部３２は、第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間の制御電極１６直下の二次元キャリアガス層２１のキャリア濃度を部分的に低減した部分であることを特徴とする。上記の構成において、好ましくは、電流制限部３２が、第１の主電極と第２の主電極の円弧領域との間のキャリア走行層に接合する化合物半導体層にフッ素イオンをドーピングすることにより二次元キャリアガス層２１のキャリア濃度を部分的に低減した部分であることを特徴とする。
【００４３】
図１０は、図７のＤ−Ｄ断面図に対応する図である。図１０で示すように、電流制限部３２が、第１の主電極と第２の主電極の円弧領域との間のキャリア走行層１１に接合する化合物半導体層（キャリア供給層１７）にフッ素イオンをドーピングすることにより二次元キャリアガス層のキャリア濃度を部分的に低減した部分である点が図１〜図６で示した本発明の第１の実施形態と異なる。その他の構成については、図１〜図６で示した本発明の第１の実施形態に係る窒化物系化合物半導体装置と同様である。そのため、同一の構成要素には、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４４】
図１０に示した窒化物系化合物半導体装置は、第１実施形態の製造方法の工程２において、制御電極を堆積する箇所のキャリア供給層にフッ素イオンをドーピングすることにより２ＤＥＧのキャリア濃度を低減する。このフッ素イオンのドーピングは、フッ素系ガスプラズマ処理等により行うことができる。
【００４５】
本発明の第３の実施形態に係る窒化物系化合物半導体装置によれば、第２の実施形態と同様に電流集中を抑制できる。
【００４６】
次に、本発明の第４実施形態に係る半導体装置を説明する。第４実施形態では、電流制限部３２は、第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間の制御電極１６直下の二次元キャリアガス層２１のキャリア濃度を部分的に低減した部分であることを特徴とする。上記の構成において、好ましくは、電流制限部３２が、第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間のキャリア走行層１１に接合する化合物半導体層３３ａをｐ型半導体層にすることにより二次元キャリアガス層のキャリア濃度を部分的に低減した部分であることを特徴とする。
【００４７】
図１１は、図８のＤ−Ｄ断面図に対応する図である。図１１で示すように、電流制限部が、第１の主電極１４と第２の主電極１５の円弧領域１５ｂとの間のキャリア走行層１１上に、ｐ型半導体層３３ａを形成することにより二次元キャリアガス層２１のキャリア濃度を部分的に低減した部分である点が図１〜図６で示した本発明の第１の実施形態と異なる。その他の構成については、図１〜図６で示した本発明の第１の実施形態に係る窒化物系化合物半導体装置と同様である。そのため、同一の構成要素には、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４８】
図１１に示した窒化物系化合物半導体装置は、工程２において、ゲート電極を堆積する箇所のキャリア供給層にＭｇ等のｐ型不純物をイオン注入等によりドーピングすることにより２ＤＥＧのキャリア濃度を低減する。
【００４９】
本発明の第４の実施形態に係る窒化物系化合物半導体装置によれば、第２の実施形態と同様に電流集中を抑制できる。
【００５０】
なお、第２〜第４の実施形態では、電流制限部が制御電極直下にある例を示したが、それらに限らず、制御電極直下以外の部分に電流制限部を設けるようにしても良い。
【００５１】
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）等については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。また、実施例同士を組み合わせても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明に係る半導体装置は、高周波・高耐圧動作の電力素子としての半導体装置等に利用される。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 半導体装置
１１ キャリア走行層
１２ 半導体層
１３ 主面
１４ 第１の主電極（ドレイン電極）
１５ 第２の主電極（ソース電極）
１６ 制御電極
１７ キャリア供給層
１８ 基板
１９ 電流制限部
２０ バッファ層
２１ 二次元キャリアガス層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板上に形成され、かつヘテロ接合に基づく二次元キャリアガス層を有する化合物半導体層と、
前記化合物半導体層上に形成される第１の主電極と、
前記化合物半導体層上において平面的に見て前記第１の主電極を包囲するように形成され、かつ直線領域と円弧領域とを有する第２の主電極と、
前記化合物半導体層上において前記第１の主電極及び前記第２の主電極の間に形成された制御電極と、を備え、前記二次元キャリアガス層を介して前記第１の主電極及び前記第２の主電極の間に電流が流れる半導体装置であって、
前記第１の主電極と前記第２の主電極の円弧領域との間に電流の流れを抑制する電流制限部を設けたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記電流制限部は、前記第１の主電極と前記第２の主電極の円弧領域との間に形成される二次元キャリアガス層のキャリア濃度を部分的に低減した部分であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記電流制限部は、前記第１の主電極と前記第２の主電極の円弧領域との間の前記制御電極直下の二次元キャリアガス層のキャリア濃度を部分的に低減した部分であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記電流制限部は、前記第１の主電極と前記第２の主電極の円弧領域との間の二次元キャリアガス層を除去した部分であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記化合物半導体層は、前記二次元キャリアガス層を含むキャリア走行層と、該キャリア走行層上にヘテロ接合をなすように形成されるキャリア供給層と、を備え、前記電流制限部は、前記第１の主電極と前記第２の主電極の円弧領域との間の前記キャリア供給層を部分的に薄くした部分であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記電流制限部は、前記第１の主電極と前記第２の主電極の円弧領域との間の前記キャリア走行層に接合する化合物半導体層にフッ素イオンをドーピングした部分であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記電流制限部は、前記第１の主電極と前記第２の主電極の円弧領域との間の前記キャリア走行層に接合した化合物半導体層のｐ型半導体層部分であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１】
基板と、該基板上に形成され、かつヘテロ接合に基づく二次元キャリアガス層を有する化合物半導体層と、
前記化合物半導体層上に形成される第１の主電極と、
前記化合物半導体層上において平面的に見て前記第１の主電極を包囲するように形成され、かつ直線領域と円弧領域とを有する第２の主電極と、
前記化合物半導体層上において前記第１の主電極及び前記第２の主電極の間に形成された制御電極と、を備え、前記二次元キャリアガス層を介して前記第１の主電極及び前記第２の主電極の間に電流が流れる半導体装置であって、
前記第１の主電極と前記第２の主電極の円弧領域との間に電流の流れを抑制する電流制限部を設けたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記電流制限部は、前記第１の主電極と前記第２の主電極の円弧領域との間に形成される二次元キャリアガス層のキャリア濃度を部分的に低減した部分であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記電流制限部は、前記第１の主電極と前記第２の主電極の円弧領域との間の前記制御電極直下の二次元キャリアガス層のキャリア濃度を部分的に低減した部分であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記電流制限部は、前記第１の主電極と前記第２の主電極の円弧領域との間の二次元キャリアガス層を除去した部分であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記化合物半導体層は、前記二次元キャリアガス層を含むキャリア走行層と、該キャリア走行層上にヘテロ接合をなすように形成されるキャリア供給層と、を備え、前記電流制限部は、前記第１の主電極と前記第２の主電極の円弧領域との間の前記キャリア供給層を部分的に薄くした部分であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記電流制限部は、前記第１の主電極と前記第２の主電極の円弧領域との間の前記キャリア走行層に接合する化合物半導体層にフッ素イオンをドーピングした部分であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記電流制限部は、前記第１の主電極と前記第２の主電極の円弧領域との間の前記キャリア走行層に接合した化合物半導体層のｐ型半導体層部分であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１８９６１（Ｐ２０１２−１８９６１Ａ）
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５３７４４（Ｐ２０１０−１５３７４４）
【出願日】平成２２年７月６日（２０１０．７．６）
【出願人】（０００１０６２７６）サンケン電気株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月６日（２０１０．７．６）
【出願人】（０００１０６２７６）サンケン電気株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
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