窒化物半導体装置および窒化物半導体装置製造方法
【課題】窒素不足に起因する移動度の低下を抑制し、窒素不足に起因するリーク電流を低減することができる窒化物半導体装置、その製造方法を提供する。
【解決手段】窒化物半導体装置１は、基板１０と、バッファ層１１と、窒化物半導体層（第１窒化物半導体層１２、第２窒化物半導体層１３、第３窒化物半導体層１４）と、第１電極２２と、第２電極２３と、制御電極２５とを備える。第１電極２２と第２電極２３との間で第３窒化物半導体層１４の表面から第２窒化物半導体層１３に渡って凹状に形成されたリセス部１６を備え、リセス部１６は、絶縁性窒化物で形成された窒化物絶縁膜１７を備え、制御電極２５は、導電性窒化物で形成され窒化物絶縁膜１７（ゲート絶縁膜）に重ねて配置されている。
【解決手段】窒化物半導体装置１は、基板１０と、バッファ層１１と、窒化物半導体層（第１窒化物半導体層１２、第２窒化物半導体層１３、第３窒化物半導体層１４）と、第１電極２２と、第２電極２３と、制御電極２５とを備える。第１電極２２と第２電極２３との間で第３窒化物半導体層１４の表面から第２窒化物半導体層１３に渡って凹状に形成されたリセス部１６を備え、リセス部１６は、絶縁性窒化物で形成された窒化物絶縁膜１７を備え、制御電極２５は、導電性窒化物で形成され窒化物絶縁膜１７（ゲート絶縁膜）に重ねて配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多重窒化物半導体層とリセス部とを有する窒化物半導体装置、および窒化物半導体装置製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体材料は、高い絶縁破壊電界、高い飽和電子速度を有している。したがって、窒化物半導体材料を用いた半導体素子は、高耐圧で大電流動作が可能な電力用素子として有望視されている。中でもＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合を用いた電界効果トランジスタやダイオードは、ヘテロ接合界面に形成される２次元電子ガス層を用いることによって低いオン抵抗を実現できることから、動作時の損失を低減することのできる素子として注目されている。
【０００３】
電界効果トランジスタをパワースイッチング用途に用いる場合、ゲート電極に電圧を印加しない状態で電界効果トランジスタに電流が流れない、いわゆるノーマリーオフ動作をすることが必要とされている。
【０００４】
ノーマリーオフ動作をする窒化物半導体装置の従来例を図９によって説明する。
【０００５】
図９は、従来例に係る窒化物半導体装置の断面を示す断面図である。
【０００６】
従来例に係る窒化物半導体装置は、サファイア基板１０１にＡｌＮバッファ層１０２が積層され、ＡｌＮバッファ層１０２にＧａＮ層１０３、ＡｌＮ層１０４、ｎ型ＡｌＧａＮ層１０５、ｎ型ＧａＮキャップ層１０６が積層されている。ｎ型ＧａＮキャップ層１０６には凹部が形成され、凹部に対応させてゲート電極としてのＰｄＳｉ電極１０８がＳｉＮ膜１０７を介して形成されている。また、ソース電極、ドレイン電極となるＴｉ／Ａｌ電極１０９、素子分離領域１１０を備える。このような窒化物半導体装置は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００７】
ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ界面を利用した電界効果トランジスタでは、キャリアは、ヘテロ接合界面の２次元電子ガス層を走行する。ノーマリーオフ特性を実現するには、ヘテロ接合界面のシートキャリア濃度を増加させないことが望ましく、従来例では、ゲート電極に対応するＡｌＧａＮ層／ＧａＮ層に対してドライエッチングを施し、絶縁膜を形成することによってチャネル層でのシートキャリアの増大を防止し、ノーマリーオフ型の電界効果トランジスタの閾値電圧が低下することを防止している。
【０００８】
従来例に係る窒化物半導体装置では、ゲート電極（ＰｄＳｉ電極１０８）に対応するＡｌＧａＮ層／ＧａＮ層のリセスエッチングは、ドライエッチングを用いていることから、ゲート電極に対応する窒化物半導体層（ＡｌＧａＮ層／ＧａＮ層）に、窒素抜けが生じる。また、エッチングした後のＧａＮ層（ｎ型ＧａＮキャップ層１０６）と絶縁膜層（ＳｉＮ膜１０７）の界面は、キャリアが走行するチャネル層となっているので、窒素抜けによる移動度の低下が生じる。つまり、移動度の低下に伴い窒化物半導体装置の高速性が低下するという問題がある。
【０００９】
また、従来例に係る窒化物半導体装置では、ゲート絶縁膜としてＳｉＮ（ＳｉＮ膜１０７）、ゲート電極としてＰｄＳｉ（ＰｄＳｉ電極１０８）を用いているが、ＧａＮ層の窒素抜けに対する窒素の補填をＳｉＮ（Ｓｉ3Ｎ4）から行なうと、ＳｉＮに窒素不足が生じる。窒素が不足したＳｉＮは、絶縁性が低下することからリーク電流が大きくなり、トランジスタ特性が低下するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２７０５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、絶縁性窒化物で形成された窒化物絶縁膜をリセス部に形成し、導電性窒化物で形成された制御電極を窒化物絶縁膜に重ねる構造とすることにより、窒化物半導体層に対する窒素の補填、窒化物絶縁膜に対する窒素の補填を図り、窒素不足に起因する移動度の低下を抑制し、窒素不足に起因するリーク電流を低減することができる窒化物半導体装置を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、本発明に係る窒化物半導体装置を製造する窒化物半導体装置製造方法を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る窒化物半導体装置は、第１窒化物半導体層と、該第１窒化物半導体層に積層された第２窒化物半導体層と、該第２窒化物半導体層に積層された第３窒化物半導体層と、該第３窒化物半導体層の表面に配置された第１電極と、前記第１電極に対向して前記第３窒化物半導体層の表面に配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間でのキャリアの走行を制御する制御電極とを備える窒化物半導体装置であって、前記第１電極と前記第２電極との間で前記第３窒化物半導体層の表面から前記第２窒化物半導体層に渡って凹状に形成されたリセス部を備えてあり、該リセス部は、絶縁性窒化物で形成された窒化物絶縁膜を備え、前記制御電極は、導電性窒化物で形成され前記窒化物絶縁膜に重ねて配置されていることを特徴とする。
【００１４】
この構成により、リセス部が形成された第２窒化物半導体層で生じる窒素抜けに対する窒素の補填を窒化物絶縁膜から施し、窒化物絶縁膜での窒素抜けに対する窒素の補填を制御電極から施して第２窒化物半導体層での窒素不足を抑制することが可能となるので、第２窒化物半導体層の窒素不足に起因する移動度の低下を抑制し、また、窒化物絶縁膜の窒素不足に起因するリーク電流を低減して優れた高速性およびノーマリーオフ特性を有する窒化物半導体装置とすることができる。
【００１５】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記第３窒化物半導体層の禁制帯幅は、前記第２窒化物半導体層の禁制帯幅に比べて広いことを特徴とする。
【００１６】
この構成により、第２窒化物半導体層と第３窒化物半導体層とによるヘテロ接合界面に対応させてキャリアとしての２次元電子ガスを第３窒化物半導体層に形成し、オフ状態での２次元電子ガスをリセス部で遮断することが可能となるので、リーク電流を低減してノーマリーオフ特性を向上させた電界効果トランジスタとすることができる。
【００１７】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記窒化物絶縁膜は、前記第３窒化物半導体層の表面に延長され窒化物表面保護膜とされていることを特徴とする。
【００１８】
この構成により、第３窒化物半導体層の表面を窒化物絶縁膜（窒化物表面保護膜）で容易に保護することが可能となり、信頼性を向上させた窒化物半導体装置とすることができる。
【００１９】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記リセス部は、前記窒化物絶縁膜と重なる位置に絶縁性酸化物で形成された酸化物絶縁膜を備えることを特徴とする。
【００２０】
この構成により、絶縁破壊強度の高い酸化物絶縁膜をゲート絶縁膜として窒化物絶縁膜に重ねることが可能となることから、ゲート絶縁破壊強度の高い窒化物半導体装置とすることができる。
【００２１】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記酸化物絶縁膜は、前記窒化物絶縁膜と前記リセス部の底面との間に配置されていることを特徴とする。
【００２２】
この構成により、窒化物絶縁膜および酸化物絶縁膜をリセス部に容易かつ高精度に形成することが可能となる。
【００２３】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記窒化物絶縁膜は、前記第３窒化物半導体層の表面に延長され窒化物表面保護膜とされていることを特徴とする。
【００２４】
この構成により、第３窒化物半導体層の表面を窒化物絶縁膜（窒化物表面保護膜）で容易に保護することが可能となり、信頼性を向上させた窒化物半導体装置とすることができる。
【００２５】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記酸化物絶縁膜は、前記第３窒化物半導体層の表面に延長され酸化物表面保護膜とされていることを特徴とする。
【００２６】
この構成により、第３窒化物半導体層の表面を酸化物絶縁膜（酸化物表面保護膜）で容易に保護することが可能となり、信頼性を向上させた窒化物半導体装置とすることができる。
【００２７】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記窒化物絶縁膜は、前記酸化物絶縁膜と前記リセス部の底面との間に配置されていることを特徴とする。
【００２８】
この構成により、窒化物絶縁膜および酸化物絶縁膜をリセス部に容易かつ高精度に形成することが可能となる。
【００２９】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記酸化物絶縁膜は、前記第３窒化物半導体層の表面に延長され酸化物表面保護膜とされていることを特徴とする。
【００３０】
この構成により、第３窒化物半導体層の表面を酸化物絶縁膜（酸化物表面保護膜）で容易に保護することが可能となり、信頼性を向上させた窒化物半導体装置とすることができる。
【００３１】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記窒化物絶縁膜は、前記第３窒化物半導体層の表面に延長され窒化物表面保護膜とされていることを特徴とする。
【００３２】
この構成により、第３窒化物半導体層の表面を窒化物絶縁膜（窒化物表面保護膜）で容易に保護することが可能となり、信頼性を向上させた窒化物半導体装置とすることができる。
【００３３】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記絶縁性酸化物は、Ａｌ2Ｏ3であることを特徴とする。
【００３４】
この構成により、酸化物絶縁膜の界面準位を抑制して電子が酸化物絶縁膜にトラップされることを抑制した窒化物半導体装置とすることができる。
【００３５】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記絶縁性窒化物は、Ｓｉ3Ｎ4であることを特徴とする。
【００３６】
この構成により、窒化物絶縁膜の界面準位を抑制して電子が窒化物絶縁膜にトラップされることを抑制した窒化物半導体装置とすることができる。
【００３７】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記導電性窒化物は、金属窒化物であることを特徴とする。
【００３８】
この構成により、容易に導電性窒化物を形成することが可能となる。
【００３９】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記金属窒化物は、窒化タングステンであることを特徴とする。
【００４０】
この構成により、安定して作用する制御電極を有する窒化物半導体装置とすることが可能となる。
【００４１】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記第１電極および前記第２電極は、前記第３窒化物半導体層または第２窒化物半導体層に接合されていることを特徴とする。
【００４２】
この構成により、第１電極を例えばソース電極、第２電極を例えばドレイン電極、制御電極をゲート電極として機能させる高電子移動度電界効果トランジスタとすることができる。
【００４３】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記第１窒化物半導体層は、前記第２窒化物半導体層に比べて格子定数が小さく、前記第２窒化物半導体層に比べて禁制帯幅が広いことを特徴とする。
【００４４】
この構成により、第１窒化物半導体層と第２窒化物半導体層とによるヘテロ接合界面に対応させて第１窒化物半導体層に２次元電子ガス層を発生させることが可能となり、２次元電子ガス層に伴う電荷、およびヘテロ接合界面での導電帯の不連続によって、電子に対する障壁が構成されることとなる。したがって、オフ状態の場合に、ソース電極・ドレイン電極間（第１電極・第２電極間）に高いバイアスを印加したとき、第３窒化物半導体層と第２窒化物半導体層とによるヘテロ接合界面から基板の方に離れた領域（例えば、バッファ層、基板）を介して流れる電子の経路を遮断することができる。つまり、ソース電極・ドレイン電極間に流れるリーク電流を抑制することが可能となる。
【００４５】
本発明に係る窒化物半導体装置製造方法は、第１窒化物半導体層と、該第１窒化物半導体層に積層された第２窒化物半導体層と、該第２窒化物半導体層に積層された第３窒化物半導体層と、該第３窒化物半導体層の表面に配置された第１電極と、前記第１電極に対向して前記第３窒化物半導体層の表面に配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間でのキャリアの走行を制御する制御電極とを備える窒化物半導体装置を製造する窒化物半導体装置製造方法であって、前記第１窒化物半導体層、前記第２窒化物半導体層、前記第３窒化物半導体層をこの順に積層する窒化物半導体層積層工程と、前記第３窒化物半導体層をエッチングして前記第３窒化物半導体層の表面から前記第２窒化物半導体層に渡る凹状のリセス部を形成するリセス部形成工程と、前記リセス部に絶縁性窒化物で形成される窒化物絶縁膜を積層する窒化物絶縁膜積層工程と、前記第１電極および前記第２電極を形成する電極形成工程と、前記窒化物絶縁膜に重ねて導電性窒化物を積層して前記制御電極を形成する制御電極形成工程とを備えることを特徴とする。
【００４６】
この構成により、リセス部、リセス部に形成される窒化物絶縁膜、キャリアの注入、取り出しに対応する第１電極および第２電極、窒化物絶縁膜に重なる制御電極を容易かつ高精度に形成することが可能となる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明に係る窒化物半導体装置は、第１窒化物半導体層と、第１窒化物半導体層に積層された第２窒化物半導体層と、第２窒化物半導体層に積層された第３窒化物半導体層と、第３窒化物半導体層の表面に配置された第１電極と、第１電極に対向して第３窒化物半導体層の表面に配置された第２電極と、第１電極と第２電極との間でのキャリアの走行を制御する制御電極とを備える窒化物半導体装置であって、第１電極と第２電極との間で第３窒化物半導体層の表面から第２窒化物半導体層に渡って凹状に形成されたリセス部を備えてあり、リセス部は、絶縁性窒化物で形成された窒化物絶縁膜を備え、制御電極は、導電性窒化物で形成され窒化物絶縁膜に重ねて配置されていることを特徴とする。
【００４８】
したがって、リセス部が形成された第２窒化物半導体層で生じる窒素抜けに対する窒素の補填を窒化物絶縁膜から施し、窒化物絶縁膜での窒素抜けに対する窒素の補填を制御電極から施して第２窒化物半導体層での窒素不足を抑制することが可能となるので、第２窒化物半導体層の窒素不足に起因する移動度の低下を抑制し、また、窒化物絶縁膜の窒素不足に起因するリーク電流を低減して優れた高速性およびノーマリーオフ特性を有する窒化物半導体装置とすることができるという効果を奏する。
【００４９】
本発明に係る窒化物半導体装置製造方法は、第１窒化物半導体層と、第１窒化物半導体層に積層された第２窒化物半導体層と、第２窒化物半導体層に積層された第３窒化物半導体層と、第３窒化物半導体層の表面に配置された第１電極と、第１電極に対向して第３窒化物半導体層の表面に配置された第２電極と、第１電極と第２電極との間でのキャリアの走行を制御する制御電極とを備える窒化物半導体装置を製造する窒化物半導体装置製造方法であって、第１窒化物半導体層、第２窒化物半導体層、第３窒化物半導体層をこの順に積層する窒化物半導体層積層工程と、第３窒化物半導体層をエッチングして第３窒化物半導体層の表面から第２窒化物半導体層に渡る凹状のリセス部を形成するリセス部形成工程と、リセス部に絶縁性窒化物で形成される窒化物絶縁膜を積層する窒化物絶縁膜積層工程と、第１電極および第２電極を形成する電極形成工程と、窒化物絶縁膜に重ねて導電性窒化物を積層して制御電極を形成する制御電極形成工程とを備えることを特徴とする。
【００５０】
したがって、リセス部、リセス部に形成される窒化物絶縁膜、キャリアの注入、取り出しに対応する第１電極および第２電極、窒化物絶縁膜に重なる制御電極を容易かつ高精度に形成することが可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１Ａ】本発明の実施の形態１に係る窒化物半導体装置の断面を示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示した窒化物半導体装置を拡大して第３窒化物半導体層の積層状態の断面を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る窒化物半導体装置に適用することが可能な絶縁性窒化物および導電性窒化物を例示する一覧図表である。
【図３Ａ】本発明の実施の形態２に係る窒化物半導体装置（実施例１）の断面を示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示した窒化物半導体装置（実施例１）を拡大して第３窒化物半導体層の積層状態の断面を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る窒化物半導体装置に適用することが可能な絶縁性酸化物を例示する一覧図表である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る窒化物半導体装置（実施例２）の断面を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る窒化物半導体装置（実施例３）の断面を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る窒化物半導体装置（実施例４）の断面を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る窒化物半導体装置を拡大して第１窒化物半導体層の変形例の断面を示す断面図である。
【図９】従来例に係る窒化物半導体装置の断面を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００５３】
＜実施の形態１＞
図１Ａないし図２に基づいて、本実施の形態に係る窒化物半導体装置、およびその製造方法について説明する。
【００５４】
図１Ａは、本発明の実施の形態１に係る窒化物半導体装置の断面を示す断面図である。
【００５５】
図１Ｂは、図１Ａに示した窒化物半導体装置を拡大して第３窒化物半導体層の積層状態の断面を示す断面図である。
【００５６】
図２は、本発明の実施の形態１に係る窒化物半導体装置に適用することが可能な絶縁性窒化物および導電性窒化物を例示する一覧図表である。
【００５７】
本実施の形態に係る窒化物半導体装置１は、基板１０と、バッファ層１１とを備え、バッファ層１１に窒化物半導体層（第１窒化物半導体層１２、第２窒化物半導体層１３、第３窒化物半導体層１４）が形成されている。基板１０は、例えばシリコン（Ｓｉ）結晶基板であり、シリコンは、放熱性、加工性に優れていることから、放熱性に優れた生産性の良い窒化物半導体装置１とすることができる。基板１０としては、シリコン結晶基板の他に、炭化珪素（ＳｉＣ）、サファイアなどを適用することが可能である。
【００５８】
バッファ層１１は、基板１０（シリコン結晶基板）に対する結晶整合性を考慮して選択することが可能であり、例えばアンドープの薄いＡｌＮ層にアンドープの厚いＧａＮ層を積層した多重窒化物半導体層で構成されている。
【００５９】
第１窒化物半導体層１２は、不純物としてＭｇを１×１０19／ｃｍ3の濃度でドーピングした厚さ１００ｎｍのｐ型ＧａＮ（ｐ−ＧａＮ）層である。第２窒化物半導体層１３は、厚さ１００ｎｍのアンドープＧａＮ（ｉ−ＧａＮ）層である。第３窒化物半導体層１４は、表面側から順に、厚さ１ｎｍのＧａＮ／厚さ２６ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ／厚さ３ｎｍのＡｌＮで構成された積層構造とされ、ＧａＮ／Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ／ＡｌＮの積層構造は、いずれの層もアンドープとされた多重窒化物半導体層である。つまり、第３窒化物半導体層１４は、アンドープの第３窒化物半導体下層１４ｆ、第３窒化物半導体中層１４ｓ、第３窒化物半導体上層１４ｔの積層構造（図１Ｂ）とされている。
【００６０】
第３窒化物半導体層１４の表面には、第１電極２２と第２電極２３とが相互に対向して形成されている。第１電極２２および第２電極２３は、共に表面側から順に、厚さ３０ｎｍのＴｉ／厚さ２００ｎｍのＡｌの積層構造とされている。第１電極２２は例えばソース電極として機能させ、第２電極２３は例えばドレイン電極として機能させることができる。また、第１電極２２および第２電極２３の間には、ゲート電極として機能する制御電極２５が形成されている。
【００６１】
上述したとおり、窒化物半導体装置１は、第１窒化物半導体層１２と、第１窒化物半導体層１２に積層された第２窒化物半導体層１３と、第２窒化物半導体層１３に積層された第３窒化物半導体層１４と、第３窒化物半導体層１４の表面に配置された第１電極２２と、第１電極２２に対向して第３窒化物半導体層１４の表面に配置された第２電極２３と、第１電極２２と第２電極２３との間でのキャリアの走行を制御する制御電極２５とを備える。
【００６２】
また、本実施の形態に係る窒化物半導体装置１は、第１電極２２と第２電極２３との間で第３窒化物半導体層１４の表面から第２窒化物半導体層１３に渡って凹状に形成されたリセス部１６を備えてあり、リセス部１６は、絶縁性窒化物で形成された窒化物絶縁膜１７を備え、制御電極２５は、導電性窒化物で形成され窒化物絶縁膜１７（ゲート絶縁膜）に重ねて配置されている。
【００６３】
この構成により、リセス部１６が形成された第２窒化物半導体層１３での窒素抜けに対する窒素の補填を窒化物絶縁膜１７から施し、窒化物絶縁膜１７での窒素抜けに対する窒素の補填を制御電極２５（導電性窒化物）から施して第２窒化物半導体層１３での窒素不足を抑制することが可能となるので、第２窒化物半導体層１３の窒素不足に起因する移動度の低下を抑制し、また、窒化物絶縁膜１７の窒素不足に起因するリーク電流を低減して優れた高速性およびノーマリーオフ特性を有する窒化物半導体装置１とすることができる。
【００６４】
なお、リセス部１６は、第３窒化物半導体層１４を貫通し、第２窒化物半導体層１３を途中までエッチングした状態となるように形成されている。
【００６５】
制御電極２５を構成する導電性窒化物は、金属窒化物であることが望ましい。この構成により、容易に導電性窒化物を形成することが可能となる。また、金属窒化物は、窒化タングステンＷ2Ｎであることが望ましい。この構成により、安定して作用する制御電極２５を有する窒化物半導体装置１とすることが可能となる。本実施の形態では、制御電極２５は、導電性窒化物であるＷ2Ｎを厚さ３００ｎｍとして形成されている。
【００６６】
なお、窒化タングステンＷ2Ｎ、あるいはタングステンＷは、ショットキー障壁が高いので、優れたショットキー特性を有している。したがって、窒化タングステンＷ2Ｎから窒素Ｎが抜けてタングステンＷに変化したときでも、ショットキー特性が劣化することはない。つまり、窒化タングステンから窒素が抜けたときでも、正常なトランジスタ特性を維持することができる。
【００６７】
第３窒化物半導体層１４の表面には、制御電極２５の下層（ゲート絶縁膜）として形成された窒化物絶縁膜１７が延長された窒化物表面保護膜２０が形成されている。つまり、窒化物絶縁膜１７は、第３窒化物半導体層１４の表面に延長され窒化物表面保護膜２０とされている。この構成により、第３窒化物半導体層１４の表面を窒化物絶縁膜１７（窒化物表面保護膜２０）で容易に保護することが可能となり、信頼性を向上させた窒化物半導体装置１とすることができる。本実施の形態では、窒化物絶縁膜１７（窒化物表面保護膜２０）は、厚さ２０ｎｍの窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）で形成されている。
【００６８】
窒化物絶縁膜１７（窒化物表面保護膜２０）を構成する絶縁性窒化物としては、界面準位が少ないことから、窒化シリコンＳｉ3Ｎ4が望ましい。この構成により、窒化物絶縁膜１７の界面準位を抑制して電子が窒化物絶縁膜１７にトラップされることを抑制した窒化物半導体装置１とすることができる。
【００６９】
第１電極２２および第２電極２３は、第３窒化物半導体層１４または第２窒化物半導体層１３に接合されていることが望ましい。この構成により、第１電極２２を例えばソース電極、第２電極２３を例えばドレイン電極、制御電極２５をゲート電極として機能させる高電子移動度電界効果トランジスタとすることができる。
【００７０】
なお、第３窒化物半導体層１４の禁制帯幅は、第２窒化物半導体層１３の禁制帯幅に比べて広い構成としてある。この構成により、第２窒化物半導体層１３と第３窒化物半導体層１４とによるヘテロ接合界面に対応させてキャリアとしての２次元電子ガス層（２ＤＥＧ）を第３窒化物半導体層１４に形成し、オフ状態での２次元電子ガス層をリセス部１６で遮断することが可能となるので、リーク電流を低減してノーマリーオフ特性を向上させた電界効果トランジスタ（窒化物半導体装置１）とすることができる。
【００７１】
なお、制御電極２５にプラスの電圧を印加することによって、リセス部１６の底面１６ｂと第２窒化物半導体層１３との界面に対応する第２窒化物半導体層１３でキャリアとしての電子を発生させることが可能となるので、第１電極２２と第２電極２３との間に電流が流れることからオン状態となる。
【００７２】
一般的に、ＧａＮ（第２窒化物半導体層１３）の禁制帯幅は、３．４ｅＶ程度、第３窒化物半導体層１４を構成するＡｌＮ（第３窒化物半導体下層１４ｆ）の禁制帯幅は、５．９〜６．２ｅＶ程度、ＡｌＧａＮ（第３窒化物半導体中層１４ｓ）の禁制帯幅は、３．４〜５．９（〜６．２）、ＧａＮ（第３窒化物半導体上層１４ｔ）の禁制帯幅は、３．４ｅＶ程度である。
【００７３】
したがって、第２窒化物半導体層１３をＧａＮで構成したときは、第３窒化物半導体層１４として少なくともＧａＮより広い禁制帯幅を実現できる窒化物半導体（例えば、ＡｌＧａＮ）とすることが望ましい。
【００７４】
窒化物絶縁膜１７（窒化物表面保護膜２０）に適用できる絶縁性窒化物としては、窒化シリコンＳｉ3Ｎ4の他に、例えばＡｌＮがある（図２）。また、制御電極２５に適用できる導電性窒化物としては、Ｗ2Ｎの他に、例えばＮｂＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＬａＮ、ＴａＮ、Ｍｏ2Ｎ、ＴｉＮ、ＳｃＮ、ＶＮ、ＣｒＮなどがある（図２）。なお、図２に示す図表での自由エネルギーは、実施の形態２で説明する酸化物絶縁膜（絶縁性酸化物。図４参照）の自由エネルギーとの関連で示すものである。
【００７５】
以下に、窒化物半導体装置１の製造方法について説明する。
【００７６】
本実施の形態に係る窒化物半導体装置１の製造方法は、第１窒化物半導体層１２と、第１窒化物半導体層１２に積層された第２窒化物半導体層１３と、第２窒化物半導体層１３に積層された第３窒化物半導体層１４と、第３窒化物半導体層１４の表面に配置された第１電極２２と、第１電極２２に対向して第３窒化物半導体層１４の表面に配置された第２電極２３と、第１電極２２と第２電極２３との間でのキャリアの走行を制御する制御電極２５とを備える窒化物半導体装置１を製造する窒化物半導体装置製造方法である。
【００７７】
本実施の形態に係る窒化物半導体装置１の製造方法は、基板１０にバッファ層１１を積層した後、次の工程を備える。
【００７８】
第１窒化物半導体層１２、第２窒化物半導体層１３、第３窒化物半導体層１４をこの順に積層する窒化物半導体層積層工程と、第３窒化物半導体層１４をエッチングして第３窒化物半導体層１４の表面から第２窒化物半導体層１３に渡る凹状のリセス部１６を形成するリセス部形成工程と、リセス部１６に絶縁性窒化物で形成される窒化物絶縁膜１７を積層する窒化物絶縁膜積層工程と、第１電極２２および第２電極２３を形成する電極形成工程と、窒化物絶縁膜１７に重ねて導電性窒化物を積層して制御電極２５を形成する制御電極形成工程とを備える。
【００７９】
この構成により、リセス部１６、リセス部１６に形成される窒化物絶縁膜１７、キャリアの注入、取り出しに対応する第１電極２２および第２電極２３、窒化物絶縁膜１７に重なる制御電極２５を容易かつ高精度に形成することが可能となる。
【００８０】
リセス部１６、窒化物表面保護膜２０、第１電極２２、第２電極２３、制御電極２５の形成（パターニング）は、周知の積層技術（パターニング技術）を適用して行なうことができるので詳細な説明は省略する。なお、本実施の形態では、第３窒化物半導体層１４に積層された窒化物絶縁膜１７は、そのまま窒化物表面保護膜２０として適用することができる。
【００８１】
例えば、窒化物絶縁膜１７（窒化物表面保護膜２０）をリセス部１６、第３窒化物半導体層１４に積層する窒化物絶縁膜積層工程は、通常の窒化物絶縁膜形成技術を適用することが可能である。
【００８２】
具体的には、表面側から第３窒化物半導体層１４および第２窒化物半導体層１３をドライエッチングしてリセス部１６を形成（リセス部形成工程）した後、全面（リセス部１６および第３窒化物半導体層１４）に２０ｎｍの窒化シリコンＳｉ3Ｎ4（窒化物絶縁膜１７、窒化物表面保護膜２０）をプラズマＣＶＤによってリセス部１６の底面１６ｂ、第３窒化物半導体層１４の表面に堆積する（窒化物絶縁膜形成工程）。
【００８３】
なお、窒化シリコンＳｉ3Ｎ4は、絶縁性窒化物の中でも窒化物半導体層に対する界面準位が少ないことから、適用材料として優れている。また、第２窒化物半導体層１３には、エッチングダメージが入っており、窒素抜けが生じた状態となっている。しかし、リセス部１６に形成される窒化物絶縁膜１７、窒化物絶縁膜１７に積層される制御電極２５によって窒素が補填されることから、実質的にエッチングダメージを解消することが可能となる。
【００８４】
本実施の形態での窒化タングステン（Ｗ2Ｎ）の積層、形成は、スパッタ法を適用して実施した。具体的には、フォトレジストを全面に塗布した後、ゲート電極（制御電極２５）のパターニングを行なう（制御電極２５に対応する領域を開口する）。その後、スパッタによって、窒化タングステンを３００ｎｍ堆積する。窒化タングステンを堆積した後、レジストをリフトオフすることによってレジストの上に形成された窒化タングステンを除去する。つまり、レジストの除去によって制御電極２５以外の窒化タングステンは除去されるので、制御電極２５を形成することが可能となる（制御電極形成工程）。
【００８５】
その後、ランプアニールによって、例えば５℃／秒の昇温レートで窒素雰囲気中４００℃まで昇温し、４００℃で１０分間の熱処理を施す（制御電極活性化工程）。つまり、窒化タングステンに熱処理を施して活性化させ、窒化物絶縁膜１７での窒素抜け、第２窒化物半導体層１３での窒素抜けに対して窒素Ｎを補填することが可能となり、窒素抜けの状態を解消した窒化物半導体装置１となり、安定したトランジスタ特性（高速性、良好な絶縁特性）を確保することができる。
【００８６】
＜実施の形態２＞
図３Ａないし図７に基づいて、本実施の形態に係る窒化物半導体装置（実施例１〜実施例４）、およびその製造方法について説明する。本実施の形態に係る窒化物半導体装置の基本的な構成は、実施の形態１の窒化物半導体装置１と同様であるので、符号を援用し、主に異なる事項について説明する。
【００８７】
図３Ａは、本発明の実施の形態２に係る窒化物半導体装置（実施例１）の断面を示す断面図である。
【００８８】
図３Ｂは、図３Ａに示した窒化物半導体装置（実施例１）を拡大して第３窒化物半導体層の積層状態の断面を示す断面図である。なお、図３Ｂは、実施の形態１（図１Ｂ）と同様の状態を示しているので説明は省略する。
【００８９】
図４は、本発明の実施の形態２に係る窒化物半導体装置に適用することが可能な絶縁性酸化物を例示する一覧図表である。
【００９０】
本実施の形態に係る窒化物半導体装置１（実施例１）では、リセス部１６は、窒化物絶縁膜１７と重なる位置に絶縁性酸化物で形成された酸化物絶縁膜１８を備える。この構成により、絶縁破壊強度の高い酸化物絶縁膜１８をゲート絶縁膜として窒化物絶縁膜１７に重ねることが可能となることから、ゲート絶縁破壊強度の高い窒化物半導体装置１とすることができる。絶縁性酸化物は、微細加工に適用することを考慮して誘電率の高いものとすることが望ましい。
【００９１】
なお、酸化物絶縁膜１８は、窒化物絶縁膜１７とリセス部１６の底面１６ｂとの間に配置されている（実施例１）。この構成により、窒化物絶縁膜１７および酸化物絶縁膜１８をリセス部１６に容易かつ高精度に形成することが可能となる。
【００９２】
また、窒化物絶縁膜１７は、第３窒化物半導体層１４の表面に延長され窒化物表面保護膜２０とされている（実施例１）。この構成により、第３窒化物半導体層１４の表面を窒化物絶縁膜１７（窒化物表面保護膜２０）で容易に保護することが可能となり、信頼性を向上させた窒化物半導体装置１とすることができる。
【００９３】
上述したとおり、本実施の形態に係る窒化物半導体装置１（実施例１）では、第２窒化物半導体層１３と制御電極２５との間に配置されたゲート絶縁膜は、窒化物絶縁膜１７と酸化物絶縁膜１８の積層構造とされている。
【００９４】
窒化物絶縁膜１７は、酸化物絶縁膜１８に比較して、自由エネルギー（生成エネルギー）が低い。したがって、酸化物絶縁膜１８から酸素が抜ける前に、窒化物絶縁膜１７から窒素が分解されることになる。例えば、窒化物絶縁膜１７を構成する窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）の自由エネルギーは、マイナス５６ｋｃａｌ／ｍｏｌ（図２）であるのに対し、酸化物絶縁膜１８を構成するアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の自由エネルギーは、マイナス３７８ｋｃａｌ／ｍｏｌ（図４）である。
【００９５】
したがって、窒化物絶縁膜１７で例えばシリコンＳｉと結合している窒素Ｎは、酸化物絶縁膜１８とは反応しないで分離することとなる。分離した窒素Ｎは、窒素抜けした第２窒化物半導体層１３に対して補填される。
【００９６】
また、導電性窒化物で構成されている制御電極２５は、酸化物絶縁膜１８に比較して、自由エネルギー（生成エネルギー）が低い。例えば、制御電極２５を構成する窒化タングステン（Ｗ2Ｎ）の自由エネルギーは、マイナス１１ｋｃａｌ／ｍｏｌ（図２）であるのに対し、酸化物絶縁膜１８を構成するアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の自由エネルギーは、マイナス３７８ｋｃａｌ／ｍｏｌ（図４）である。
【００９７】
したがって、制御電極２５で例えばタングステンＷと結合している窒素Ｎは、酸化物絶縁膜１８とは反応しないで分離することとなる。分離した窒素Ｎは、窒素抜けした窒化物絶縁膜１７、あるいは窒素抜けした第２窒化物半導体層１３に対して補填される。つまり、第２窒化物半導体層１３からの窒素抜けは窒化物絶縁膜１７から補填し、窒化物絶縁膜１７からの窒素抜けは制御電極２５から補填することが可能となる。
【００９８】
このとき、窒素Ｎの分離は、窒化物絶縁膜１７を構成する絶縁性窒化物、酸化物絶縁膜１８を構成する絶縁性酸化物、制御電極２５を構成する導電性窒化物の自由エネルギーの大小関係（相関）によって定まることから、窒化物絶縁膜１７、酸化物絶縁膜１８、および制御電極２５の間での堆積の位置関係による依存性は生じない。
【００９９】
なお、絶縁性酸化物としては、Ａｌ2Ｏ3の他に、例えばＳｉＯ2、ＨｆＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＺｒＯ2などがある（図４）。
【０１００】
図５は、本発明の実施の形態２に係る窒化物半導体装置（実施例２）の断面を示す断面図である。
【０１０１】
本実施の形態に係る窒化物半導体装置１（実施例２）では、リセス部１６は、窒化物絶縁膜１７と重なる位置に絶縁性酸化物で形成された酸化物絶縁膜１８を備える。この構成により、絶縁破壊強度の高い酸化物絶縁膜１８をゲート絶縁膜として窒化物絶縁膜１７に重ねることが可能となることから、ゲート絶縁破壊強度の高い窒化物半導体装置１とすることができる。つまり、実施例１と同様である。
【０１０２】
なお、酸化物絶縁膜１８は、窒化物絶縁膜１７とリセス部１６の底面１６ｂとの間に配置されている（実施例２）。この構成により、窒化物絶縁膜１７および酸化物絶縁膜１８をリセス部１６に容易かつ高精度に形成することが可能となる。
【０１０３】
また、酸化物絶縁膜１８は、第３窒化物半導体層１４の表面に延長され酸化物表面保護膜２１とされている（実施例２）。この構成により、第３窒化物半導体層１４の表面を酸化物絶縁膜１８（酸化物表面保護膜２１）で容易に保護することが可能となり、信頼性を向上させた窒化物半導体装置１とすることができる。
【０１０４】
上述したとおり、実施例１（図３Ａ）、実施例２（図５）では、酸化物絶縁膜１８は、リセス部１６の底面１６ｂに直接積層した状態で形成されている。つまり、酸化物絶縁膜１８は、窒化物絶縁膜１７と第２窒化物半導体層１３に挟まれた状態として形成されている。
【０１０５】
図６は、本発明の実施の形態２に係る窒化物半導体装置（実施例３）の断面を示す断面図である。
【０１０６】
本実施の形態に係る窒化物半導体装置１（実施例３）では、リセス部１６は、窒化物絶縁膜１７と重なる位置に絶縁性酸化物で形成された酸化物絶縁膜１８を備える。つまり、実施例１、実施例２と同様である。
【０１０７】
なお、窒化物絶縁膜１７は、酸化物絶縁膜１８とリセス部１６の底面１６ｂとの間に配置されている（実施例３）。この構成により、窒化物絶縁膜１７および酸化物絶縁膜１８をリセス部１６に容易かつ高精度に形成することが可能となる。
【０１０８】
また、酸化物絶縁膜１８は、第３窒化物半導体層１４の表面に延長され酸化物表面保護膜２１とされている（実施例３）。この構成により、第３窒化物半導体層１４の表面を酸化物絶縁膜１８（酸化物表面保護膜２１）で容易に保護することが可能となり、信頼性を向上させた窒化物半導体装置１とすることができる。
【０１０９】
図７は、本発明の実施の形態２に係る窒化物半導体装置（実施例４）の断面を示す断面図である。
【０１１０】
本実施の形態に係る窒化物半導体装置１（実施例４）では、リセス部１６は、窒化物絶縁膜１７と重なる位置に絶縁性酸化物で形成された酸化物絶縁膜１８を備える。つまり、実施例１、実施例２、実施例３と同様である。
【０１１１】
なお、窒化物絶縁膜１７は、酸化物絶縁膜１８とリセス部１６の底面１６ｂとの間に配置されている（実施例４）。つまり、実施例３と同様である。
【０１１２】
また、窒化物絶縁膜１７は、第３窒化物半導体層１４の表面に延長され窒化物表面保護膜２０とされている（実施例４）。つまり、実施例１と同様である。
【０１１３】
上述した実施例１ないし実施例４では、酸化物絶縁膜１８（酸化物表面保護膜２１）を構成する絶縁性酸化物としては、界面準位が少ないことから、アルミナＡｌ2Ｏ3が望ましい。この構成により、酸化物絶縁膜１８の界面準位を抑制して電子が酸化物絶縁膜１８にトラップされることを抑制した窒化物半導体装置１とすることができる。
【０１１４】
上述した実施例１ないし実施例４では、窒化物絶縁膜１７（窒化物表面保護膜２０）を構成する絶縁性窒化物としては、界面準位が少ないことから、窒化シリコンＳｉ3Ｎ4が望ましい。この構成により、窒化物絶縁膜１７の界面準位を抑制して電子が窒化物絶縁膜１７にトラップされることを抑制した窒化物半導体装置１とすることができる。つまり、実施の形態１と同様である。
【０１１５】
上述した実施例１ないし実施例４では、制御電極２５を構成する導電性窒化物は、金属窒化物であることが望ましい。この構成により、容易に導電性窒化物を形成することが可能となる。また、金属窒化物は、窒化タングステンＷ2Ｎであることが望ましい。この構成により、安定して作用する制御電極２５を有する窒化物半導体装置１とすることが可能となる。本実施の形態では、制御電極２５は、導電性窒化物であるＷ2Ｎを厚さ３００ｎｍとして形成されている。つまり、実施の形態１と同様である。
【０１１６】
上述した実施例１ないし実施例４では、第１電極２２および第２電極２３は、第３窒化物半導体層１４または第２窒化物半導体層１３に接合されていることが望ましい。この構成により、第１電極２２を例えばソース電極、第２電極２３を例えばドレイン電極、制御電極２５をゲート電極として機能させる高電子移動度電界効果トランジスタとすることができる。つまり、実施の形態１と同様である。
【０１１７】
以下に、窒化物半導体装置１の製造方法について説明する。
【０１１８】
本実施の形態に係る窒化物半導体装置１の製造方法は、第１窒化物半導体層１２と、第１窒化物半導体層１２に積層された第２窒化物半導体層１３と、第２窒化物半導体層１３に積層された第３窒化物半導体層１４と、第３窒化物半導体層１４の表面に配置された第１電極２２と、第１電極２２に対向して第３窒化物半導体層１４の表面に配置された第２電極２３と、第１電極２２と第２電極２３との間でのキャリアの走行を制御する制御電極２５とを備える窒化物半導体装置１を製造する窒化物半導体装置製造方法である。
【０１１９】
本実施の形態に係る窒化物半導体装置１の製造方法は、基板１０にバッファ層１１を積層した後、次の工程を備える。
【０１２０】
第１窒化物半導体層１２、第２窒化物半導体層１３、第３窒化物半導体層１４をこの順に積層する窒化物半導体層積層工程と、第３窒化物半導体層１４をエッチングして第３窒化物半導体層１４の表面から第２窒化物半導体層１３に渡る凹状のリセス部１６を形成するリセス部形成工程と、リセス部１６に絶縁性窒化物で形成される窒化物絶縁膜１７を積層する窒化物絶縁膜積層工程と、リセス部１６で窒化物絶縁膜１７と重なる位置に絶縁性酸化物で形成された酸化物絶縁膜１８を形成する酸化物絶縁膜形成工程と、第１電極２２および第２電極２３を形成する電極形成工程と、窒化物絶縁膜１７に重ねて導電性窒化物を積層して制御電極２５を形成する制御電極形成工程とを備える。
【０１２１】
つまり、実施の形態１の窒化物半導体装置の製造方法に対して、酸化物絶縁膜形成工程が追加された製造方法となっている。その他の工程は、実施の形態１と同様であるので主に異なる事項について説明する。
【０１２２】
実施例１、実施例２では、ドライエッチングでリセス部１６を形成（リセス部形成工程）した後、ＥＣＲスパッタでリセス部１６にＡｌ2Ｏ3（絶縁性酸化物）を５０ｎｍの厚さで堆積し、酸化物絶縁膜１８を形成する（酸化物絶縁膜形成工程）。Ａｌ2Ｏ3は、絶縁破壊電界強度が６ＭＶ／ｃｍであり、ゲート絶縁破壊強度の高い窒化物半導体装置１とすることができる。
【０１２３】
酸化物絶縁膜１８を形成した後、プラズマＣＶＤで酸化物絶縁膜１８にＳｉ3Ｎ4（絶縁性窒化物）を１０ｎｍの厚さで堆積し、窒化物絶縁膜１７を形成する（窒化物絶縁膜積層工程）。
【０１２４】
その後、スパッタ装置でＷ2Ｎ（導電性窒化物）を３００ｎｍの厚さで堆積し、制御電極２５を形成する（制御電極形成工程）。その後、熱処理を施して導電性窒化物を活性化する。
【０１２５】
実施例３、実施例４では、ドライエッチングでリセス部１６を形成（リセス部形成工程）した後、プラズマＣＶＤでリセス部１６にＳｉ3Ｎ4（絶縁性窒化物）を１０ｎｍの厚さで堆積し、窒化物絶縁膜１７を形成する（窒化物絶縁膜積層工程）。Ｓｉ3Ｎ4は、界面準位が少ないことから、移動度の高い窒化物半導体装置１とすることができる。
【０１２６】
窒化物絶縁膜１７を形成した後、ＥＣＲスパッタで窒化物絶縁膜１７にＡｌ2Ｏ3（絶縁性酸化物）を５０ｎｍの厚さで堆積し、酸化物絶縁膜１８を形成する（酸化物絶縁膜形成工程）。Ａｌ2Ｏ3は、絶縁破壊電界強度が６ＭＶ／ｃｍ、誘電率が９程度であり、ゲート絶縁破壊強度の高い窒化物半導体装置１とすることができる。
【０１２７】
その後、スパッタ装置でＷ2Ｎ（導電性窒化物）を３００ｎｍの厚さで堆積し、制御電極２５を形成する（制御電極形成工程）。その後、熱処理を施して導電性窒化物を活性化する。
【０１２８】
実施例１ないし実施例４での、窒化物絶縁膜１７、酸化物絶縁膜１８に対するパターニングは、周知のパターニング技術を適用して行なうことが可能である。具体的には、実施例１での酸化物絶縁膜１８、実施例２での窒化物絶縁膜１７、実施例３での窒化物絶縁膜１７、実施例４での酸化物絶縁膜１８に対してパターニングを施すこととなる。
【０１２９】
＜実施の形態３＞
図８に基づいて、本実施の形態に係る窒化物半導体装置について説明する。本実施の形態に係る窒化物半導体装置の基本的な構成は、実施の形態１、実施の形態２の窒化物半導体装置１と同様であるので、符号を援用し、主に異なる事項について説明する。なお、本実施の形態に係る窒化物半導体装置は、実施の形態１、実施の形態２に対しても適用することが可能である。
【０１３０】
図８は、本発明の実施の形態３に係る窒化物半導体装置を拡大して第１窒化物半導体層の変形例の断面を示す断面図である。
【０１３１】
本実施の形態に係る窒化物半導体装置１では、第１窒化物半導体層１２は、第２窒化物半導体層１３に比べて格子定数が小さく、第２窒化物半導体層１３に比べて禁制帯幅が広い構成としてある。つまり、本実施の形態に係る窒化物半導体装置１では、第１窒化物半導体層１２の変形例を示す。
【０１３２】
この構成により、第１窒化物半導体層１２と第２窒化物半導体層１３とによるヘテロ接合界面に対応させて第１窒化物半導体層１２に２次元電子ガス層を発生させることが可能となり、２次元電子ガス層に伴う電荷、およびヘテロ接合界面での導電帯の不連続によって、電子に対する障壁が構成されることとなる。したがって、オフ状態の場合に、ソース電極・ドレイン電極間（第１電極２２・第２電極２３間）に高いバイアスを印加したとき、第３窒化物半導体層１４と第２窒化物半導体層１３とによるヘテロ接合界面から基板１０の方に離れた領域（例えば、バッファ層１１、基板１０）を介して流れる電子の経路を遮断することができる。つまり、ソース電極・ドレイン電極間に流れるリーク電流を抑制することが可能となる。
【０１３３】
具体的には、第２窒化物半導体層１３がｉ−ＧａＮであるとき、例えば、第１窒化物半導体層１２としては、Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎとすることが望ましい。
【符号の説明】
【０１３４】
１ 窒化物半導体装置
１０ 基板
１１ バッファ層
１２ 第１窒化物半導体層
１３ 第２窒化物半導体層
１４ 第３窒化物半導体層
１４ｆ 第３窒化物半導体下層
１４ｓ 第３窒化物半導体中層
１４ｔ 第３窒化物半導体上層
１６ リセス部
１６ｂ 底面
１７ 窒化物絶縁膜
１８ 酸化物絶縁膜
２０ 窒化物表面保護膜
２１ 酸化物表面保護膜
２２ 第１電極
２３ 第２電極
２５ 制御電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多重窒化物半導体層とリセス部とを有する窒化物半導体装置、および窒化物半導体装置製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体材料は、高い絶縁破壊電界、高い飽和電子速度を有している。したがって、窒化物半導体材料を用いた半導体素子は、高耐圧で大電流動作が可能な電力用素子として有望視されている。中でもＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合を用いた電界効果トランジスタやダイオードは、ヘテロ接合界面に形成される２次元電子ガス層を用いることによって低いオン抵抗を実現できることから、動作時の損失を低減することのできる素子として注目されている。
【０００３】
電界効果トランジスタをパワースイッチング用途に用いる場合、ゲート電極に電圧を印加しない状態で電界効果トランジスタに電流が流れない、いわゆるノーマリーオフ動作をすることが必要とされている。
【０００４】
ノーマリーオフ動作をする窒化物半導体装置の従来例を図９によって説明する。
【０００５】
図９は、従来例に係る窒化物半導体装置の断面を示す断面図である。
【０００６】
従来例に係る窒化物半導体装置は、サファイア基板１０１にＡｌＮバッファ層１０２が積層され、ＡｌＮバッファ層１０２にＧａＮ層１０３、ＡｌＮ層１０４、ｎ型ＡｌＧａＮ層１０５、ｎ型ＧａＮキャップ層１０６が積層されている。ｎ型ＧａＮキャップ層１０６には凹部が形成され、凹部に対応させてゲート電極としてのＰｄＳｉ電極１０８がＳｉＮ膜１０７を介して形成されている。また、ソース電極、ドレイン電極となるＴｉ／Ａｌ電極１０９、素子分離領域１１０を備える。このような窒化物半導体装置は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００７】
ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ界面を利用した電界効果トランジスタでは、キャリアは、ヘテロ接合界面の２次元電子ガス層を走行する。ノーマリーオフ特性を実現するには、ヘテロ接合界面のシートキャリア濃度を増加させないことが望ましく、従来例では、ゲート電極に対応するＡｌＧａＮ層／ＧａＮ層に対してドライエッチングを施し、絶縁膜を形成することによってチャネル層でのシートキャリアの増大を防止し、ノーマリーオフ型の電界効果トランジスタの閾値電圧が低下することを防止している。
【０００８】
従来例に係る窒化物半導体装置では、ゲート電極（ＰｄＳｉ電極１０８）に対応するＡｌＧａＮ層／ＧａＮ層のリセスエッチングは、ドライエッチングを用いていることから、ゲート電極に対応する窒化物半導体層（ＡｌＧａＮ層／ＧａＮ層）に、窒素抜けが生じる。また、エッチングした後のＧａＮ層（ｎ型ＧａＮキャップ層１０６）と絶縁膜層（ＳｉＮ膜１０７）の界面は、キャリアが走行するチャネル層となっているので、窒素抜けによる移動度の低下が生じる。つまり、移動度の低下に伴い窒化物半導体装置の高速性が低下するという問題がある。
【０００９】
また、従来例に係る窒化物半導体装置では、ゲート絶縁膜としてＳｉＮ（ＳｉＮ膜１０７）、ゲート電極としてＰｄＳｉ（ＰｄＳｉ電極１０８）を用いているが、ＧａＮ層の窒素抜けに対する窒素の補填をＳｉＮ（Ｓｉ3Ｎ4）から行なうと、ＳｉＮに窒素不足が生じる。窒素が不足したＳｉＮは、絶縁性が低下することからリーク電流が大きくなり、トランジスタ特性が低下するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２７０５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、絶縁性窒化物で形成された窒化物絶縁膜をリセス部に形成し、導電性窒化物で形成された制御電極を窒化物絶縁膜に重ねる構造とすることにより、窒化物半導体層に対する窒素の補填、窒化物絶縁膜に対する窒素の補填を図り、窒素不足に起因する移動度の低下を抑制し、窒素不足に起因するリーク電流を低減することができる窒化物半導体装置を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、本発明に係る窒化物半導体装置を製造する窒化物半導体装置製造方法を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る窒化物半導体装置は、第１窒化物半導体層と、該第１窒化物半導体層に積層された第２窒化物半導体層と、該第２窒化物半導体層に積層された第３窒化物半導体層と、該第３窒化物半導体層の表面に配置された第１電極と、前記第１電極に対向して前記第３窒化物半導体層の表面に配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間でのキャリアの走行を制御する制御電極とを備える窒化物半導体装置であって、前記第１電極と前記第２電極との間で前記第３窒化物半導体層の表面から前記第２窒化物半導体層に渡って凹状に形成されたリセス部を備えてあり、該リセス部は、絶縁性窒化物で形成された窒化物絶縁膜を備え、前記制御電極は、導電性窒化物で形成され前記窒化物絶縁膜に重ねて配置されていることを特徴とする。
【００１４】
この構成により、リセス部が形成された第２窒化物半導体層で生じる窒素抜けに対する窒素の補填を窒化物絶縁膜から施し、窒化物絶縁膜での窒素抜けに対する窒素の補填を制御電極から施して第２窒化物半導体層での窒素不足を抑制することが可能となるので、第２窒化物半導体層の窒素不足に起因する移動度の低下を抑制し、また、窒化物絶縁膜の窒素不足に起因するリーク電流を低減して優れた高速性およびノーマリーオフ特性を有する窒化物半導体装置とすることができる。
【００１５】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記第３窒化物半導体層の禁制帯幅は、前記第２窒化物半導体層の禁制帯幅に比べて広いことを特徴とする。
【００１６】
この構成により、第２窒化物半導体層と第３窒化物半導体層とによるヘテロ接合界面に対応させてキャリアとしての２次元電子ガスを第３窒化物半導体層に形成し、オフ状態での２次元電子ガスをリセス部で遮断することが可能となるので、リーク電流を低減してノーマリーオフ特性を向上させた電界効果トランジスタとすることができる。
【００１７】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記窒化物絶縁膜は、前記第３窒化物半導体層の表面に延長され窒化物表面保護膜とされていることを特徴とする。
【００１８】
この構成により、第３窒化物半導体層の表面を窒化物絶縁膜（窒化物表面保護膜）で容易に保護することが可能となり、信頼性を向上させた窒化物半導体装置とすることができる。
【００１９】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記リセス部は、前記窒化物絶縁膜と重なる位置に絶縁性酸化物で形成された酸化物絶縁膜を備えることを特徴とする。
【００２０】
この構成により、絶縁破壊強度の高い酸化物絶縁膜をゲート絶縁膜として窒化物絶縁膜に重ねることが可能となることから、ゲート絶縁破壊強度の高い窒化物半導体装置とすることができる。
【００２１】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記酸化物絶縁膜は、前記窒化物絶縁膜と前記リセス部の底面との間に配置されていることを特徴とする。
【００２２】
この構成により、窒化物絶縁膜および酸化物絶縁膜をリセス部に容易かつ高精度に形成することが可能となる。
【００２３】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記窒化物絶縁膜は、前記第３窒化物半導体層の表面に延長され窒化物表面保護膜とされていることを特徴とする。
【００２４】
この構成により、第３窒化物半導体層の表面を窒化物絶縁膜（窒化物表面保護膜）で容易に保護することが可能となり、信頼性を向上させた窒化物半導体装置とすることができる。
【００２５】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記酸化物絶縁膜は、前記第３窒化物半導体層の表面に延長され酸化物表面保護膜とされていることを特徴とする。
【００２６】
この構成により、第３窒化物半導体層の表面を酸化物絶縁膜（酸化物表面保護膜）で容易に保護することが可能となり、信頼性を向上させた窒化物半導体装置とすることができる。
【００２７】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記窒化物絶縁膜は、前記酸化物絶縁膜と前記リセス部の底面との間に配置されていることを特徴とする。
【００２８】
この構成により、窒化物絶縁膜および酸化物絶縁膜をリセス部に容易かつ高精度に形成することが可能となる。
【００２９】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記酸化物絶縁膜は、前記第３窒化物半導体層の表面に延長され酸化物表面保護膜とされていることを特徴とする。
【００３０】
この構成により、第３窒化物半導体層の表面を酸化物絶縁膜（酸化物表面保護膜）で容易に保護することが可能となり、信頼性を向上させた窒化物半導体装置とすることができる。
【００３１】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記窒化物絶縁膜は、前記第３窒化物半導体層の表面に延長され窒化物表面保護膜とされていることを特徴とする。
【００３２】
この構成により、第３窒化物半導体層の表面を窒化物絶縁膜（窒化物表面保護膜）で容易に保護することが可能となり、信頼性を向上させた窒化物半導体装置とすることができる。
【００３３】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記絶縁性酸化物は、Ａｌ2Ｏ3であることを特徴とする。
【００３４】
この構成により、酸化物絶縁膜の界面準位を抑制して電子が酸化物絶縁膜にトラップされることを抑制した窒化物半導体装置とすることができる。
【００３５】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記絶縁性窒化物は、Ｓｉ3Ｎ4であることを特徴とする。
【００３６】
この構成により、窒化物絶縁膜の界面準位を抑制して電子が窒化物絶縁膜にトラップされることを抑制した窒化物半導体装置とすることができる。
【００３７】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記導電性窒化物は、金属窒化物であることを特徴とする。
【００３８】
この構成により、容易に導電性窒化物を形成することが可能となる。
【００３９】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記金属窒化物は、窒化タングステンであることを特徴とする。
【００４０】
この構成により、安定して作用する制御電極を有する窒化物半導体装置とすることが可能となる。
【００４１】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記第１電極および前記第２電極は、前記第３窒化物半導体層または第２窒化物半導体層に接合されていることを特徴とする。
【００４２】
この構成により、第１電極を例えばソース電極、第２電極を例えばドレイン電極、制御電極をゲート電極として機能させる高電子移動度電界効果トランジスタとすることができる。
【００４３】
本発明に係る窒化物半導体装置では、前記第１窒化物半導体層は、前記第２窒化物半導体層に比べて格子定数が小さく、前記第２窒化物半導体層に比べて禁制帯幅が広いことを特徴とする。
【００４４】
この構成により、第１窒化物半導体層と第２窒化物半導体層とによるヘテロ接合界面に対応させて第１窒化物半導体層に２次元電子ガス層を発生させることが可能となり、２次元電子ガス層に伴う電荷、およびヘテロ接合界面での導電帯の不連続によって、電子に対する障壁が構成されることとなる。したがって、オフ状態の場合に、ソース電極・ドレイン電極間（第１電極・第２電極間）に高いバイアスを印加したとき、第３窒化物半導体層と第２窒化物半導体層とによるヘテロ接合界面から基板の方に離れた領域（例えば、バッファ層、基板）を介して流れる電子の経路を遮断することができる。つまり、ソース電極・ドレイン電極間に流れるリーク電流を抑制することが可能となる。
【００４５】
本発明に係る窒化物半導体装置製造方法は、第１窒化物半導体層と、該第１窒化物半導体層に積層された第２窒化物半導体層と、該第２窒化物半導体層に積層された第３窒化物半導体層と、該第３窒化物半導体層の表面に配置された第１電極と、前記第１電極に対向して前記第３窒化物半導体層の表面に配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間でのキャリアの走行を制御する制御電極とを備える窒化物半導体装置を製造する窒化物半導体装置製造方法であって、前記第１窒化物半導体層、前記第２窒化物半導体層、前記第３窒化物半導体層をこの順に積層する窒化物半導体層積層工程と、前記第３窒化物半導体層をエッチングして前記第３窒化物半導体層の表面から前記第２窒化物半導体層に渡る凹状のリセス部を形成するリセス部形成工程と、前記リセス部に絶縁性窒化物で形成される窒化物絶縁膜を積層する窒化物絶縁膜積層工程と、前記第１電極および前記第２電極を形成する電極形成工程と、前記窒化物絶縁膜に重ねて導電性窒化物を積層して前記制御電極を形成する制御電極形成工程とを備えることを特徴とする。
【００４６】
この構成により、リセス部、リセス部に形成される窒化物絶縁膜、キャリアの注入、取り出しに対応する第１電極および第２電極、窒化物絶縁膜に重なる制御電極を容易かつ高精度に形成することが可能となる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明に係る窒化物半導体装置は、第１窒化物半導体層と、第１窒化物半導体層に積層された第２窒化物半導体層と、第２窒化物半導体層に積層された第３窒化物半導体層と、第３窒化物半導体層の表面に配置された第１電極と、第１電極に対向して第３窒化物半導体層の表面に配置された第２電極と、第１電極と第２電極との間でのキャリアの走行を制御する制御電極とを備える窒化物半導体装置であって、第１電極と第２電極との間で第３窒化物半導体層の表面から第２窒化物半導体層に渡って凹状に形成されたリセス部を備えてあり、リセス部は、絶縁性窒化物で形成された窒化物絶縁膜を備え、制御電極は、導電性窒化物で形成され窒化物絶縁膜に重ねて配置されていることを特徴とする。
【００４８】
したがって、リセス部が形成された第２窒化物半導体層で生じる窒素抜けに対する窒素の補填を窒化物絶縁膜から施し、窒化物絶縁膜での窒素抜けに対する窒素の補填を制御電極から施して第２窒化物半導体層での窒素不足を抑制することが可能となるので、第２窒化物半導体層の窒素不足に起因する移動度の低下を抑制し、また、窒化物絶縁膜の窒素不足に起因するリーク電流を低減して優れた高速性およびノーマリーオフ特性を有する窒化物半導体装置とすることができるという効果を奏する。
【００４９】
本発明に係る窒化物半導体装置製造方法は、第１窒化物半導体層と、第１窒化物半導体層に積層された第２窒化物半導体層と、第２窒化物半導体層に積層された第３窒化物半導体層と、第３窒化物半導体層の表面に配置された第１電極と、第１電極に対向して第３窒化物半導体層の表面に配置された第２電極と、第１電極と第２電極との間でのキャリアの走行を制御する制御電極とを備える窒化物半導体装置を製造する窒化物半導体装置製造方法であって、第１窒化物半導体層、第２窒化物半導体層、第３窒化物半導体層をこの順に積層する窒化物半導体層積層工程と、第３窒化物半導体層をエッチングして第３窒化物半導体層の表面から第２窒化物半導体層に渡る凹状のリセス部を形成するリセス部形成工程と、リセス部に絶縁性窒化物で形成される窒化物絶縁膜を積層する窒化物絶縁膜積層工程と、第１電極および第２電極を形成する電極形成工程と、窒化物絶縁膜に重ねて導電性窒化物を積層して制御電極を形成する制御電極形成工程とを備えることを特徴とする。
【００５０】
したがって、リセス部、リセス部に形成される窒化物絶縁膜、キャリアの注入、取り出しに対応する第１電極および第２電極、窒化物絶縁膜に重なる制御電極を容易かつ高精度に形成することが可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１Ａ】本発明の実施の形態１に係る窒化物半導体装置の断面を示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示した窒化物半導体装置を拡大して第３窒化物半導体層の積層状態の断面を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る窒化物半導体装置に適用することが可能な絶縁性窒化物および導電性窒化物を例示する一覧図表である。
【図３Ａ】本発明の実施の形態２に係る窒化物半導体装置（実施例１）の断面を示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示した窒化物半導体装置（実施例１）を拡大して第３窒化物半導体層の積層状態の断面を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る窒化物半導体装置に適用することが可能な絶縁性酸化物を例示する一覧図表である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る窒化物半導体装置（実施例２）の断面を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る窒化物半導体装置（実施例３）の断面を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る窒化物半導体装置（実施例４）の断面を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る窒化物半導体装置を拡大して第１窒化物半導体層の変形例の断面を示す断面図である。
【図９】従来例に係る窒化物半導体装置の断面を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００５３】
＜実施の形態１＞
図１Ａないし図２に基づいて、本実施の形態に係る窒化物半導体装置、およびその製造方法について説明する。
【００５４】
図１Ａは、本発明の実施の形態１に係る窒化物半導体装置の断面を示す断面図である。
【００５５】
図１Ｂは、図１Ａに示した窒化物半導体装置を拡大して第３窒化物半導体層の積層状態の断面を示す断面図である。
【００５６】
図２は、本発明の実施の形態１に係る窒化物半導体装置に適用することが可能な絶縁性窒化物および導電性窒化物を例示する一覧図表である。
【００５７】
本実施の形態に係る窒化物半導体装置１は、基板１０と、バッファ層１１とを備え、バッファ層１１に窒化物半導体層（第１窒化物半導体層１２、第２窒化物半導体層１３、第３窒化物半導体層１４）が形成されている。基板１０は、例えばシリコン（Ｓｉ）結晶基板であり、シリコンは、放熱性、加工性に優れていることから、放熱性に優れた生産性の良い窒化物半導体装置１とすることができる。基板１０としては、シリコン結晶基板の他に、炭化珪素（ＳｉＣ）、サファイアなどを適用することが可能である。
【００５８】
バッファ層１１は、基板１０（シリコン結晶基板）に対する結晶整合性を考慮して選択することが可能であり、例えばアンドープの薄いＡｌＮ層にアンドープの厚いＧａＮ層を積層した多重窒化物半導体層で構成されている。
【００５９】
第１窒化物半導体層１２は、不純物としてＭｇを１×１０19／ｃｍ3の濃度でドーピングした厚さ１００ｎｍのｐ型ＧａＮ（ｐ−ＧａＮ）層である。第２窒化物半導体層１３は、厚さ１００ｎｍのアンドープＧａＮ（ｉ−ＧａＮ）層である。第３窒化物半導体層１４は、表面側から順に、厚さ１ｎｍのＧａＮ／厚さ２６ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ／厚さ３ｎｍのＡｌＮで構成された積層構造とされ、ＧａＮ／Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ／ＡｌＮの積層構造は、いずれの層もアンドープとされた多重窒化物半導体層である。つまり、第３窒化物半導体層１４は、アンドープの第３窒化物半導体下層１４ｆ、第３窒化物半導体中層１４ｓ、第３窒化物半導体上層１４ｔの積層構造（図１Ｂ）とされている。
【００６０】
第３窒化物半導体層１４の表面には、第１電極２２と第２電極２３とが相互に対向して形成されている。第１電極２２および第２電極２３は、共に表面側から順に、厚さ３０ｎｍのＴｉ／厚さ２００ｎｍのＡｌの積層構造とされている。第１電極２２は例えばソース電極として機能させ、第２電極２３は例えばドレイン電極として機能させることができる。また、第１電極２２および第２電極２３の間には、ゲート電極として機能する制御電極２５が形成されている。
【００６１】
上述したとおり、窒化物半導体装置１は、第１窒化物半導体層１２と、第１窒化物半導体層１２に積層された第２窒化物半導体層１３と、第２窒化物半導体層１３に積層された第３窒化物半導体層１４と、第３窒化物半導体層１４の表面に配置された第１電極２２と、第１電極２２に対向して第３窒化物半導体層１４の表面に配置された第２電極２３と、第１電極２２と第２電極２３との間でのキャリアの走行を制御する制御電極２５とを備える。
【００６２】
また、本実施の形態に係る窒化物半導体装置１は、第１電極２２と第２電極２３との間で第３窒化物半導体層１４の表面から第２窒化物半導体層１３に渡って凹状に形成されたリセス部１６を備えてあり、リセス部１６は、絶縁性窒化物で形成された窒化物絶縁膜１７を備え、制御電極２５は、導電性窒化物で形成され窒化物絶縁膜１７（ゲート絶縁膜）に重ねて配置されている。
【００６３】
この構成により、リセス部１６が形成された第２窒化物半導体層１３での窒素抜けに対する窒素の補填を窒化物絶縁膜１７から施し、窒化物絶縁膜１７での窒素抜けに対する窒素の補填を制御電極２５（導電性窒化物）から施して第２窒化物半導体層１３での窒素不足を抑制することが可能となるので、第２窒化物半導体層１３の窒素不足に起因する移動度の低下を抑制し、また、窒化物絶縁膜１７の窒素不足に起因するリーク電流を低減して優れた高速性およびノーマリーオフ特性を有する窒化物半導体装置１とすることができる。
【００６４】
なお、リセス部１６は、第３窒化物半導体層１４を貫通し、第２窒化物半導体層１３を途中までエッチングした状態となるように形成されている。
【００６５】
制御電極２５を構成する導電性窒化物は、金属窒化物であることが望ましい。この構成により、容易に導電性窒化物を形成することが可能となる。また、金属窒化物は、窒化タングステンＷ2Ｎであることが望ましい。この構成により、安定して作用する制御電極２５を有する窒化物半導体装置１とすることが可能となる。本実施の形態では、制御電極２５は、導電性窒化物であるＷ2Ｎを厚さ３００ｎｍとして形成されている。
【００６６】
なお、窒化タングステンＷ2Ｎ、あるいはタングステンＷは、ショットキー障壁が高いので、優れたショットキー特性を有している。したがって、窒化タングステンＷ2Ｎから窒素Ｎが抜けてタングステンＷに変化したときでも、ショットキー特性が劣化することはない。つまり、窒化タングステンから窒素が抜けたときでも、正常なトランジスタ特性を維持することができる。
【００６７】
第３窒化物半導体層１４の表面には、制御電極２５の下層（ゲート絶縁膜）として形成された窒化物絶縁膜１７が延長された窒化物表面保護膜２０が形成されている。つまり、窒化物絶縁膜１７は、第３窒化物半導体層１４の表面に延長され窒化物表面保護膜２０とされている。この構成により、第３窒化物半導体層１４の表面を窒化物絶縁膜１７（窒化物表面保護膜２０）で容易に保護することが可能となり、信頼性を向上させた窒化物半導体装置１とすることができる。本実施の形態では、窒化物絶縁膜１７（窒化物表面保護膜２０）は、厚さ２０ｎｍの窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）で形成されている。
【００６８】
窒化物絶縁膜１７（窒化物表面保護膜２０）を構成する絶縁性窒化物としては、界面準位が少ないことから、窒化シリコンＳｉ3Ｎ4が望ましい。この構成により、窒化物絶縁膜１７の界面準位を抑制して電子が窒化物絶縁膜１７にトラップされることを抑制した窒化物半導体装置１とすることができる。
【００６９】
第１電極２２および第２電極２３は、第３窒化物半導体層１４または第２窒化物半導体層１３に接合されていることが望ましい。この構成により、第１電極２２を例えばソース電極、第２電極２３を例えばドレイン電極、制御電極２５をゲート電極として機能させる高電子移動度電界効果トランジスタとすることができる。
【００７０】
なお、第３窒化物半導体層１４の禁制帯幅は、第２窒化物半導体層１３の禁制帯幅に比べて広い構成としてある。この構成により、第２窒化物半導体層１３と第３窒化物半導体層１４とによるヘテロ接合界面に対応させてキャリアとしての２次元電子ガス層（２ＤＥＧ）を第３窒化物半導体層１４に形成し、オフ状態での２次元電子ガス層をリセス部１６で遮断することが可能となるので、リーク電流を低減してノーマリーオフ特性を向上させた電界効果トランジスタ（窒化物半導体装置１）とすることができる。
【００７１】
なお、制御電極２５にプラスの電圧を印加することによって、リセス部１６の底面１６ｂと第２窒化物半導体層１３との界面に対応する第２窒化物半導体層１３でキャリアとしての電子を発生させることが可能となるので、第１電極２２と第２電極２３との間に電流が流れることからオン状態となる。
【００７２】
一般的に、ＧａＮ（第２窒化物半導体層１３）の禁制帯幅は、３．４ｅＶ程度、第３窒化物半導体層１４を構成するＡｌＮ（第３窒化物半導体下層１４ｆ）の禁制帯幅は、５．９〜６．２ｅＶ程度、ＡｌＧａＮ（第３窒化物半導体中層１４ｓ）の禁制帯幅は、３．４〜５．９（〜６．２）、ＧａＮ（第３窒化物半導体上層１４ｔ）の禁制帯幅は、３．４ｅＶ程度である。
【００７３】
したがって、第２窒化物半導体層１３をＧａＮで構成したときは、第３窒化物半導体層１４として少なくともＧａＮより広い禁制帯幅を実現できる窒化物半導体（例えば、ＡｌＧａＮ）とすることが望ましい。
【００７４】
窒化物絶縁膜１７（窒化物表面保護膜２０）に適用できる絶縁性窒化物としては、窒化シリコンＳｉ3Ｎ4の他に、例えばＡｌＮがある（図２）。また、制御電極２５に適用できる導電性窒化物としては、Ｗ2Ｎの他に、例えばＮｂＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＬａＮ、ＴａＮ、Ｍｏ2Ｎ、ＴｉＮ、ＳｃＮ、ＶＮ、ＣｒＮなどがある（図２）。なお、図２に示す図表での自由エネルギーは、実施の形態２で説明する酸化物絶縁膜（絶縁性酸化物。図４参照）の自由エネルギーとの関連で示すものである。
【００７５】
以下に、窒化物半導体装置１の製造方法について説明する。
【００７６】
本実施の形態に係る窒化物半導体装置１の製造方法は、第１窒化物半導体層１２と、第１窒化物半導体層１２に積層された第２窒化物半導体層１３と、第２窒化物半導体層１３に積層された第３窒化物半導体層１４と、第３窒化物半導体層１４の表面に配置された第１電極２２と、第１電極２２に対向して第３窒化物半導体層１４の表面に配置された第２電極２３と、第１電極２２と第２電極２３との間でのキャリアの走行を制御する制御電極２５とを備える窒化物半導体装置１を製造する窒化物半導体装置製造方法である。
【００７７】
本実施の形態に係る窒化物半導体装置１の製造方法は、基板１０にバッファ層１１を積層した後、次の工程を備える。
【００７８】
第１窒化物半導体層１２、第２窒化物半導体層１３、第３窒化物半導体層１４をこの順に積層する窒化物半導体層積層工程と、第３窒化物半導体層１４をエッチングして第３窒化物半導体層１４の表面から第２窒化物半導体層１３に渡る凹状のリセス部１６を形成するリセス部形成工程と、リセス部１６に絶縁性窒化物で形成される窒化物絶縁膜１７を積層する窒化物絶縁膜積層工程と、第１電極２２および第２電極２３を形成する電極形成工程と、窒化物絶縁膜１７に重ねて導電性窒化物を積層して制御電極２５を形成する制御電極形成工程とを備える。
【００７９】
この構成により、リセス部１６、リセス部１６に形成される窒化物絶縁膜１７、キャリアの注入、取り出しに対応する第１電極２２および第２電極２３、窒化物絶縁膜１７に重なる制御電極２５を容易かつ高精度に形成することが可能となる。
【００８０】
リセス部１６、窒化物表面保護膜２０、第１電極２２、第２電極２３、制御電極２５の形成（パターニング）は、周知の積層技術（パターニング技術）を適用して行なうことができるので詳細な説明は省略する。なお、本実施の形態では、第３窒化物半導体層１４に積層された窒化物絶縁膜１７は、そのまま窒化物表面保護膜２０として適用することができる。
【００８１】
例えば、窒化物絶縁膜１７（窒化物表面保護膜２０）をリセス部１６、第３窒化物半導体層１４に積層する窒化物絶縁膜積層工程は、通常の窒化物絶縁膜形成技術を適用することが可能である。
【００８２】
具体的には、表面側から第３窒化物半導体層１４および第２窒化物半導体層１３をドライエッチングしてリセス部１６を形成（リセス部形成工程）した後、全面（リセス部１６および第３窒化物半導体層１４）に２０ｎｍの窒化シリコンＳｉ3Ｎ4（窒化物絶縁膜１７、窒化物表面保護膜２０）をプラズマＣＶＤによってリセス部１６の底面１６ｂ、第３窒化物半導体層１４の表面に堆積する（窒化物絶縁膜形成工程）。
【００８３】
なお、窒化シリコンＳｉ3Ｎ4は、絶縁性窒化物の中でも窒化物半導体層に対する界面準位が少ないことから、適用材料として優れている。また、第２窒化物半導体層１３には、エッチングダメージが入っており、窒素抜けが生じた状態となっている。しかし、リセス部１６に形成される窒化物絶縁膜１７、窒化物絶縁膜１７に積層される制御電極２５によって窒素が補填されることから、実質的にエッチングダメージを解消することが可能となる。
【００８４】
本実施の形態での窒化タングステン（Ｗ2Ｎ）の積層、形成は、スパッタ法を適用して実施した。具体的には、フォトレジストを全面に塗布した後、ゲート電極（制御電極２５）のパターニングを行なう（制御電極２５に対応する領域を開口する）。その後、スパッタによって、窒化タングステンを３００ｎｍ堆積する。窒化タングステンを堆積した後、レジストをリフトオフすることによってレジストの上に形成された窒化タングステンを除去する。つまり、レジストの除去によって制御電極２５以外の窒化タングステンは除去されるので、制御電極２５を形成することが可能となる（制御電極形成工程）。
【００８５】
その後、ランプアニールによって、例えば５℃／秒の昇温レートで窒素雰囲気中４００℃まで昇温し、４００℃で１０分間の熱処理を施す（制御電極活性化工程）。つまり、窒化タングステンに熱処理を施して活性化させ、窒化物絶縁膜１７での窒素抜け、第２窒化物半導体層１３での窒素抜けに対して窒素Ｎを補填することが可能となり、窒素抜けの状態を解消した窒化物半導体装置１となり、安定したトランジスタ特性（高速性、良好な絶縁特性）を確保することができる。
【００８６】
＜実施の形態２＞
図３Ａないし図７に基づいて、本実施の形態に係る窒化物半導体装置（実施例１〜実施例４）、およびその製造方法について説明する。本実施の形態に係る窒化物半導体装置の基本的な構成は、実施の形態１の窒化物半導体装置１と同様であるので、符号を援用し、主に異なる事項について説明する。
【００８７】
図３Ａは、本発明の実施の形態２に係る窒化物半導体装置（実施例１）の断面を示す断面図である。
【００８８】
図３Ｂは、図３Ａに示した窒化物半導体装置（実施例１）を拡大して第３窒化物半導体層の積層状態の断面を示す断面図である。なお、図３Ｂは、実施の形態１（図１Ｂ）と同様の状態を示しているので説明は省略する。
【００８９】
図４は、本発明の実施の形態２に係る窒化物半導体装置に適用することが可能な絶縁性酸化物を例示する一覧図表である。
【００９０】
本実施の形態に係る窒化物半導体装置１（実施例１）では、リセス部１６は、窒化物絶縁膜１７と重なる位置に絶縁性酸化物で形成された酸化物絶縁膜１８を備える。この構成により、絶縁破壊強度の高い酸化物絶縁膜１８をゲート絶縁膜として窒化物絶縁膜１７に重ねることが可能となることから、ゲート絶縁破壊強度の高い窒化物半導体装置１とすることができる。絶縁性酸化物は、微細加工に適用することを考慮して誘電率の高いものとすることが望ましい。
【００９１】
なお、酸化物絶縁膜１８は、窒化物絶縁膜１７とリセス部１６の底面１６ｂとの間に配置されている（実施例１）。この構成により、窒化物絶縁膜１７および酸化物絶縁膜１８をリセス部１６に容易かつ高精度に形成することが可能となる。
【００９２】
また、窒化物絶縁膜１７は、第３窒化物半導体層１４の表面に延長され窒化物表面保護膜２０とされている（実施例１）。この構成により、第３窒化物半導体層１４の表面を窒化物絶縁膜１７（窒化物表面保護膜２０）で容易に保護することが可能となり、信頼性を向上させた窒化物半導体装置１とすることができる。
【００９３】
上述したとおり、本実施の形態に係る窒化物半導体装置１（実施例１）では、第２窒化物半導体層１３と制御電極２５との間に配置されたゲート絶縁膜は、窒化物絶縁膜１７と酸化物絶縁膜１８の積層構造とされている。
【００９４】
窒化物絶縁膜１７は、酸化物絶縁膜１８に比較して、自由エネルギー（生成エネルギー）が低い。したがって、酸化物絶縁膜１８から酸素が抜ける前に、窒化物絶縁膜１７から窒素が分解されることになる。例えば、窒化物絶縁膜１７を構成する窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）の自由エネルギーは、マイナス５６ｋｃａｌ／ｍｏｌ（図２）であるのに対し、酸化物絶縁膜１８を構成するアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の自由エネルギーは、マイナス３７８ｋｃａｌ／ｍｏｌ（図４）である。
【００９５】
したがって、窒化物絶縁膜１７で例えばシリコンＳｉと結合している窒素Ｎは、酸化物絶縁膜１８とは反応しないで分離することとなる。分離した窒素Ｎは、窒素抜けした第２窒化物半導体層１３に対して補填される。
【００９６】
また、導電性窒化物で構成されている制御電極２５は、酸化物絶縁膜１８に比較して、自由エネルギー（生成エネルギー）が低い。例えば、制御電極２５を構成する窒化タングステン（Ｗ2Ｎ）の自由エネルギーは、マイナス１１ｋｃａｌ／ｍｏｌ（図２）であるのに対し、酸化物絶縁膜１８を構成するアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の自由エネルギーは、マイナス３７８ｋｃａｌ／ｍｏｌ（図４）である。
【００９７】
したがって、制御電極２５で例えばタングステンＷと結合している窒素Ｎは、酸化物絶縁膜１８とは反応しないで分離することとなる。分離した窒素Ｎは、窒素抜けした窒化物絶縁膜１７、あるいは窒素抜けした第２窒化物半導体層１３に対して補填される。つまり、第２窒化物半導体層１３からの窒素抜けは窒化物絶縁膜１７から補填し、窒化物絶縁膜１７からの窒素抜けは制御電極２５から補填することが可能となる。
【００９８】
このとき、窒素Ｎの分離は、窒化物絶縁膜１７を構成する絶縁性窒化物、酸化物絶縁膜１８を構成する絶縁性酸化物、制御電極２５を構成する導電性窒化物の自由エネルギーの大小関係（相関）によって定まることから、窒化物絶縁膜１７、酸化物絶縁膜１８、および制御電極２５の間での堆積の位置関係による依存性は生じない。
【００９９】
なお、絶縁性酸化物としては、Ａｌ2Ｏ3の他に、例えばＳｉＯ2、ＨｆＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＺｒＯ2などがある（図４）。
【０１００】
図５は、本発明の実施の形態２に係る窒化物半導体装置（実施例２）の断面を示す断面図である。
【０１０１】
本実施の形態に係る窒化物半導体装置１（実施例２）では、リセス部１６は、窒化物絶縁膜１７と重なる位置に絶縁性酸化物で形成された酸化物絶縁膜１８を備える。この構成により、絶縁破壊強度の高い酸化物絶縁膜１８をゲート絶縁膜として窒化物絶縁膜１７に重ねることが可能となることから、ゲート絶縁破壊強度の高い窒化物半導体装置１とすることができる。つまり、実施例１と同様である。
【０１０２】
なお、酸化物絶縁膜１８は、窒化物絶縁膜１７とリセス部１６の底面１６ｂとの間に配置されている（実施例２）。この構成により、窒化物絶縁膜１７および酸化物絶縁膜１８をリセス部１６に容易かつ高精度に形成することが可能となる。
【０１０３】
また、酸化物絶縁膜１８は、第３窒化物半導体層１４の表面に延長され酸化物表面保護膜２１とされている（実施例２）。この構成により、第３窒化物半導体層１４の表面を酸化物絶縁膜１８（酸化物表面保護膜２１）で容易に保護することが可能となり、信頼性を向上させた窒化物半導体装置１とすることができる。
【０１０４】
上述したとおり、実施例１（図３Ａ）、実施例２（図５）では、酸化物絶縁膜１８は、リセス部１６の底面１６ｂに直接積層した状態で形成されている。つまり、酸化物絶縁膜１８は、窒化物絶縁膜１７と第２窒化物半導体層１３に挟まれた状態として形成されている。
【０１０５】
図６は、本発明の実施の形態２に係る窒化物半導体装置（実施例３）の断面を示す断面図である。
【０１０６】
本実施の形態に係る窒化物半導体装置１（実施例３）では、リセス部１６は、窒化物絶縁膜１７と重なる位置に絶縁性酸化物で形成された酸化物絶縁膜１８を備える。つまり、実施例１、実施例２と同様である。
【０１０７】
なお、窒化物絶縁膜１７は、酸化物絶縁膜１８とリセス部１６の底面１６ｂとの間に配置されている（実施例３）。この構成により、窒化物絶縁膜１７および酸化物絶縁膜１８をリセス部１６に容易かつ高精度に形成することが可能となる。
【０１０８】
また、酸化物絶縁膜１８は、第３窒化物半導体層１４の表面に延長され酸化物表面保護膜２１とされている（実施例３）。この構成により、第３窒化物半導体層１４の表面を酸化物絶縁膜１８（酸化物表面保護膜２１）で容易に保護することが可能となり、信頼性を向上させた窒化物半導体装置１とすることができる。
【０１０９】
図７は、本発明の実施の形態２に係る窒化物半導体装置（実施例４）の断面を示す断面図である。
【０１１０】
本実施の形態に係る窒化物半導体装置１（実施例４）では、リセス部１６は、窒化物絶縁膜１７と重なる位置に絶縁性酸化物で形成された酸化物絶縁膜１８を備える。つまり、実施例１、実施例２、実施例３と同様である。
【０１１１】
なお、窒化物絶縁膜１７は、酸化物絶縁膜１８とリセス部１６の底面１６ｂとの間に配置されている（実施例４）。つまり、実施例３と同様である。
【０１１２】
また、窒化物絶縁膜１７は、第３窒化物半導体層１４の表面に延長され窒化物表面保護膜２０とされている（実施例４）。つまり、実施例１と同様である。
【０１１３】
上述した実施例１ないし実施例４では、酸化物絶縁膜１８（酸化物表面保護膜２１）を構成する絶縁性酸化物としては、界面準位が少ないことから、アルミナＡｌ2Ｏ3が望ましい。この構成により、酸化物絶縁膜１８の界面準位を抑制して電子が酸化物絶縁膜１８にトラップされることを抑制した窒化物半導体装置１とすることができる。
【０１１４】
上述した実施例１ないし実施例４では、窒化物絶縁膜１７（窒化物表面保護膜２０）を構成する絶縁性窒化物としては、界面準位が少ないことから、窒化シリコンＳｉ3Ｎ4が望ましい。この構成により、窒化物絶縁膜１７の界面準位を抑制して電子が窒化物絶縁膜１７にトラップされることを抑制した窒化物半導体装置１とすることができる。つまり、実施の形態１と同様である。
【０１１５】
上述した実施例１ないし実施例４では、制御電極２５を構成する導電性窒化物は、金属窒化物であることが望ましい。この構成により、容易に導電性窒化物を形成することが可能となる。また、金属窒化物は、窒化タングステンＷ2Ｎであることが望ましい。この構成により、安定して作用する制御電極２５を有する窒化物半導体装置１とすることが可能となる。本実施の形態では、制御電極２５は、導電性窒化物であるＷ2Ｎを厚さ３００ｎｍとして形成されている。つまり、実施の形態１と同様である。
【０１１６】
上述した実施例１ないし実施例４では、第１電極２２および第２電極２３は、第３窒化物半導体層１４または第２窒化物半導体層１３に接合されていることが望ましい。この構成により、第１電極２２を例えばソース電極、第２電極２３を例えばドレイン電極、制御電極２５をゲート電極として機能させる高電子移動度電界効果トランジスタとすることができる。つまり、実施の形態１と同様である。
【０１１７】
以下に、窒化物半導体装置１の製造方法について説明する。
【０１１８】
本実施の形態に係る窒化物半導体装置１の製造方法は、第１窒化物半導体層１２と、第１窒化物半導体層１２に積層された第２窒化物半導体層１３と、第２窒化物半導体層１３に積層された第３窒化物半導体層１４と、第３窒化物半導体層１４の表面に配置された第１電極２２と、第１電極２２に対向して第３窒化物半導体層１４の表面に配置された第２電極２３と、第１電極２２と第２電極２３との間でのキャリアの走行を制御する制御電極２５とを備える窒化物半導体装置１を製造する窒化物半導体装置製造方法である。
【０１１９】
本実施の形態に係る窒化物半導体装置１の製造方法は、基板１０にバッファ層１１を積層した後、次の工程を備える。
【０１２０】
第１窒化物半導体層１２、第２窒化物半導体層１３、第３窒化物半導体層１４をこの順に積層する窒化物半導体層積層工程と、第３窒化物半導体層１４をエッチングして第３窒化物半導体層１４の表面から第２窒化物半導体層１３に渡る凹状のリセス部１６を形成するリセス部形成工程と、リセス部１６に絶縁性窒化物で形成される窒化物絶縁膜１７を積層する窒化物絶縁膜積層工程と、リセス部１６で窒化物絶縁膜１７と重なる位置に絶縁性酸化物で形成された酸化物絶縁膜１８を形成する酸化物絶縁膜形成工程と、第１電極２２および第２電極２３を形成する電極形成工程と、窒化物絶縁膜１７に重ねて導電性窒化物を積層して制御電極２５を形成する制御電極形成工程とを備える。
【０１２１】
つまり、実施の形態１の窒化物半導体装置の製造方法に対して、酸化物絶縁膜形成工程が追加された製造方法となっている。その他の工程は、実施の形態１と同様であるので主に異なる事項について説明する。
【０１２２】
実施例１、実施例２では、ドライエッチングでリセス部１６を形成（リセス部形成工程）した後、ＥＣＲスパッタでリセス部１６にＡｌ2Ｏ3（絶縁性酸化物）を５０ｎｍの厚さで堆積し、酸化物絶縁膜１８を形成する（酸化物絶縁膜形成工程）。Ａｌ2Ｏ3は、絶縁破壊電界強度が６ＭＶ／ｃｍであり、ゲート絶縁破壊強度の高い窒化物半導体装置１とすることができる。
【０１２３】
酸化物絶縁膜１８を形成した後、プラズマＣＶＤで酸化物絶縁膜１８にＳｉ3Ｎ4（絶縁性窒化物）を１０ｎｍの厚さで堆積し、窒化物絶縁膜１７を形成する（窒化物絶縁膜積層工程）。
【０１２４】
その後、スパッタ装置でＷ2Ｎ（導電性窒化物）を３００ｎｍの厚さで堆積し、制御電極２５を形成する（制御電極形成工程）。その後、熱処理を施して導電性窒化物を活性化する。
【０１２５】
実施例３、実施例４では、ドライエッチングでリセス部１６を形成（リセス部形成工程）した後、プラズマＣＶＤでリセス部１６にＳｉ3Ｎ4（絶縁性窒化物）を１０ｎｍの厚さで堆積し、窒化物絶縁膜１７を形成する（窒化物絶縁膜積層工程）。Ｓｉ3Ｎ4は、界面準位が少ないことから、移動度の高い窒化物半導体装置１とすることができる。
【０１２６】
窒化物絶縁膜１７を形成した後、ＥＣＲスパッタで窒化物絶縁膜１７にＡｌ2Ｏ3（絶縁性酸化物）を５０ｎｍの厚さで堆積し、酸化物絶縁膜１８を形成する（酸化物絶縁膜形成工程）。Ａｌ2Ｏ3は、絶縁破壊電界強度が６ＭＶ／ｃｍ、誘電率が９程度であり、ゲート絶縁破壊強度の高い窒化物半導体装置１とすることができる。
【０１２７】
その後、スパッタ装置でＷ2Ｎ（導電性窒化物）を３００ｎｍの厚さで堆積し、制御電極２５を形成する（制御電極形成工程）。その後、熱処理を施して導電性窒化物を活性化する。
【０１２８】
実施例１ないし実施例４での、窒化物絶縁膜１７、酸化物絶縁膜１８に対するパターニングは、周知のパターニング技術を適用して行なうことが可能である。具体的には、実施例１での酸化物絶縁膜１８、実施例２での窒化物絶縁膜１７、実施例３での窒化物絶縁膜１７、実施例４での酸化物絶縁膜１８に対してパターニングを施すこととなる。
【０１２９】
＜実施の形態３＞
図８に基づいて、本実施の形態に係る窒化物半導体装置について説明する。本実施の形態に係る窒化物半導体装置の基本的な構成は、実施の形態１、実施の形態２の窒化物半導体装置１と同様であるので、符号を援用し、主に異なる事項について説明する。なお、本実施の形態に係る窒化物半導体装置は、実施の形態１、実施の形態２に対しても適用することが可能である。
【０１３０】
図８は、本発明の実施の形態３に係る窒化物半導体装置を拡大して第１窒化物半導体層の変形例の断面を示す断面図である。
【０１３１】
本実施の形態に係る窒化物半導体装置１では、第１窒化物半導体層１２は、第２窒化物半導体層１３に比べて格子定数が小さく、第２窒化物半導体層１３に比べて禁制帯幅が広い構成としてある。つまり、本実施の形態に係る窒化物半導体装置１では、第１窒化物半導体層１２の変形例を示す。
【０１３２】
この構成により、第１窒化物半導体層１２と第２窒化物半導体層１３とによるヘテロ接合界面に対応させて第１窒化物半導体層１２に２次元電子ガス層を発生させることが可能となり、２次元電子ガス層に伴う電荷、およびヘテロ接合界面での導電帯の不連続によって、電子に対する障壁が構成されることとなる。したがって、オフ状態の場合に、ソース電極・ドレイン電極間（第１電極２２・第２電極２３間）に高いバイアスを印加したとき、第３窒化物半導体層１４と第２窒化物半導体層１３とによるヘテロ接合界面から基板１０の方に離れた領域（例えば、バッファ層１１、基板１０）を介して流れる電子の経路を遮断することができる。つまり、ソース電極・ドレイン電極間に流れるリーク電流を抑制することが可能となる。
【０１３３】
具体的には、第２窒化物半導体層１３がｉ−ＧａＮであるとき、例えば、第１窒化物半導体層１２としては、Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎとすることが望ましい。
【符号の説明】
【０１３４】
１ 窒化物半導体装置
１０ 基板
１１ バッファ層
１２ 第１窒化物半導体層
１３ 第２窒化物半導体層
１４ 第３窒化物半導体層
１４ｆ 第３窒化物半導体下層
１４ｓ 第３窒化物半導体中層
１４ｔ 第３窒化物半導体上層
１６ リセス部
１６ｂ 底面
１７ 窒化物絶縁膜
１８ 酸化物絶縁膜
２０ 窒化物表面保護膜
２１ 酸化物表面保護膜
２２ 第１電極
２３ 第２電極
２５ 制御電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１窒化物半導体層と、該第１窒化物半導体層に積層された第２窒化物半導体層と、該第２窒化物半導体層に積層された第３窒化物半導体層と、該第３窒化物半導体層の表面に配置された第１電極と、前記第１電極に対向して前記第３窒化物半導体層の表面に配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間でのキャリアの走行を制御する制御電極とを備える窒化物半導体装置であって、
前記第１電極と前記第２電極との間で前記第３窒化物半導体層の表面から前記第２窒化物半導体層に渡って凹状に形成されたリセス部を備えてあり、
該リセス部は、絶縁性窒化物で形成された窒化物絶縁膜を備え、
前記制御電極は、導電性窒化物で形成され前記窒化物絶縁膜に重ねて配置されていること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の窒化物半導体装置であって、
前記第３窒化物半導体層の禁制帯幅は、前記第２窒化物半導体層の禁制帯幅に比べて広いこと
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体装置であって、
前記窒化物絶縁膜は、前記第３窒化物半導体層の表面に延長され窒化物表面保護膜とされていること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体装置であって、
前記リセス部は、前記窒化物絶縁膜と重なる位置に絶縁性酸化物で形成された酸化物絶縁膜を備えること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載の窒化物半導体装置であって、
前記酸化物絶縁膜は、前記窒化物絶縁膜と前記リセス部の底面との間に配置されていること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載の窒化物半導体装置であって、
前記窒化物絶縁膜は、前記第３窒化物半導体層の表面に延長され窒化物表面保護膜とされていること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項７】
請求項５に記載の窒化物半導体装置であって、
前記酸化物絶縁膜は、前記第３窒化物半導体層の表面に延長され酸化物表面保護膜とされていること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項８】
請求項４に記載の窒化物半導体装置であって、
前記窒化物絶縁膜は、前記酸化物絶縁膜と前記リセス部の底面との間に配置されていること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項９】
請求項８に記載の窒化物半導体装置であって、
前記酸化物絶縁膜は、前記第３窒化物半導体層の表面に延長され酸化物表面保護膜とされていること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の窒化物半導体装置であって、
前記窒化物絶縁膜は、前記第３窒化物半導体層の表面に延長され窒化物表面保護膜とされていること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項１１】
請求項４から請求項１０までのいずれか一つに記載の窒化物半導体装置であって、
前記絶縁性酸化物は、Ａｌ2Ｏ3であること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１までのいずれか一つに記載の窒化物半導体装置であって、
前記絶縁性窒化物は、Ｓｉ3Ｎ4であること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２までのいずれか一つに記載の窒化物半導体装置であって、
前記導電性窒化物は、金属窒化物であること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の窒化物半導体装置であって、
前記金属窒化物は、窒化タングステンであること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４までのいずれか一つに記載の窒化物半導体装置であって、
前記第１電極および前記第２電極は、前記第３窒化物半導体層または第２窒化物半導体層に接合されていること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５までのいずれか一つに記載の窒化物半導体装置であって、
前記第１窒化物半導体層は、前記第２窒化物半導体層に比べて格子定数が小さく、前記第２窒化物半導体層に比べて禁制帯幅が広いこと
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項１７】
第１窒化物半導体層と、該第１窒化物半導体層に積層された第２窒化物半導体層と、該第２窒化物半導体層に積層された第３窒化物半導体層と、該第３窒化物半導体層の表面に配置された第１電極と、前記第１電極に対向して前記第３窒化物半導体層の表面に配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間でのキャリアの走行を制御する制御電極とを備える窒化物半導体装置を製造する窒化物半導体装置製造方法であって、
前記第１窒化物半導体層、前記第２窒化物半導体層、前記第３窒化物半導体層をこの順に積層する窒化物半導体層積層工程と、
前記第３窒化物半導体層をエッチングして前記第３窒化物半導体層の表面から前記第２窒化物半導体層に渡る凹状のリセス部を形成するリセス部形成工程と、
前記リセス部に絶縁性窒化物で形成される窒化物絶縁膜を積層する窒化物絶縁膜積層工程と、
前記第１電極および前記第２電極を形成する電極形成工程と、
前記窒化物絶縁膜に重ねて導電性窒化物を積層して前記制御電極を形成する制御電極形成工程とを備えること
を特徴とする窒化物半導体装置製造方法。
【請求項１】
第１窒化物半導体層と、該第１窒化物半導体層に積層された第２窒化物半導体層と、該第２窒化物半導体層に積層された第３窒化物半導体層と、該第３窒化物半導体層の表面に配置された第１電極と、前記第１電極に対向して前記第３窒化物半導体層の表面に配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間でのキャリアの走行を制御する制御電極とを備える窒化物半導体装置であって、
前記第１電極と前記第２電極との間で前記第３窒化物半導体層の表面から前記第２窒化物半導体層に渡って凹状に形成されたリセス部を備えてあり、
該リセス部は、絶縁性窒化物で形成された窒化物絶縁膜を備え、
前記制御電極は、導電性窒化物で形成され前記窒化物絶縁膜に重ねて配置されていること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の窒化物半導体装置であって、
前記第３窒化物半導体層の禁制帯幅は、前記第２窒化物半導体層の禁制帯幅に比べて広いこと
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体装置であって、
前記窒化物絶縁膜は、前記第３窒化物半導体層の表面に延長され窒化物表面保護膜とされていること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体装置であって、
前記リセス部は、前記窒化物絶縁膜と重なる位置に絶縁性酸化物で形成された酸化物絶縁膜を備えること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載の窒化物半導体装置であって、
前記酸化物絶縁膜は、前記窒化物絶縁膜と前記リセス部の底面との間に配置されていること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載の窒化物半導体装置であって、
前記窒化物絶縁膜は、前記第３窒化物半導体層の表面に延長され窒化物表面保護膜とされていること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項７】
請求項５に記載の窒化物半導体装置であって、
前記酸化物絶縁膜は、前記第３窒化物半導体層の表面に延長され酸化物表面保護膜とされていること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項８】
請求項４に記載の窒化物半導体装置であって、
前記窒化物絶縁膜は、前記酸化物絶縁膜と前記リセス部の底面との間に配置されていること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項９】
請求項８に記載の窒化物半導体装置であって、
前記酸化物絶縁膜は、前記第３窒化物半導体層の表面に延長され酸化物表面保護膜とされていること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の窒化物半導体装置であって、
前記窒化物絶縁膜は、前記第３窒化物半導体層の表面に延長され窒化物表面保護膜とされていること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項１１】
請求項４から請求項１０までのいずれか一つに記載の窒化物半導体装置であって、
前記絶縁性酸化物は、Ａｌ2Ｏ3であること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１までのいずれか一つに記載の窒化物半導体装置であって、
前記絶縁性窒化物は、Ｓｉ3Ｎ4であること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２までのいずれか一つに記載の窒化物半導体装置であって、
前記導電性窒化物は、金属窒化物であること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の窒化物半導体装置であって、
前記金属窒化物は、窒化タングステンであること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４までのいずれか一つに記載の窒化物半導体装置であって、
前記第１電極および前記第２電極は、前記第３窒化物半導体層または第２窒化物半導体層に接合されていること
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５までのいずれか一つに記載の窒化物半導体装置であって、
前記第１窒化物半導体層は、前記第２窒化物半導体層に比べて格子定数が小さく、前記第２窒化物半導体層に比べて禁制帯幅が広いこと
を特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項１７】
第１窒化物半導体層と、該第１窒化物半導体層に積層された第２窒化物半導体層と、該第２窒化物半導体層に積層された第３窒化物半導体層と、該第３窒化物半導体層の表面に配置された第１電極と、前記第１電極に対向して前記第３窒化物半導体層の表面に配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間でのキャリアの走行を制御する制御電極とを備える窒化物半導体装置を製造する窒化物半導体装置製造方法であって、
前記第１窒化物半導体層、前記第２窒化物半導体層、前記第３窒化物半導体層をこの順に積層する窒化物半導体層積層工程と、
前記第３窒化物半導体層をエッチングして前記第３窒化物半導体層の表面から前記第２窒化物半導体層に渡る凹状のリセス部を形成するリセス部形成工程と、
前記リセス部に絶縁性窒化物で形成される窒化物絶縁膜を積層する窒化物絶縁膜積層工程と、
前記第１電極および前記第２電極を形成する電極形成工程と、
前記窒化物絶縁膜に重ねて導電性窒化物を積層して前記制御電極を形成する制御電極形成工程とを備えること
を特徴とする窒化物半導体装置製造方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２６７９３６（Ｐ２０１０−２６７９３６Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２０３５９（Ｐ２００９−１２０３５９）
【出願日】平成２１年５月１８日（２００９．５．１８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１８日（２００９．５．１８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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