(57)【要約】【課題】特性の向上が可能な半導体装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、半導体装置は、第１〜第３電極、第１、第２層を含む。第１電極から前記第２電極への方向は第１方向に沿う。第３電極は、第１、第２電極の間にある。第１層は、炭化シリコン、シリコン、カーボン及びゲルマニウムよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１層は、第１〜第６部分領域を含む。第１〜第３部分領域から第１〜第３電極へのそれぞれ方向は第２方向に沿う。第４部分領域は、第３部分領域と第３電極との間にある。第５部分領域は、第１、第４部分領域の間にある。第６部分領域は、第４、第２部分領域間にある。第４部分領域における第１不純物の濃度は、第５、第６部分領域よりも高い。第２層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）を含み、第５、第６部分領域の上にある。【選択図】図１
2020077712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
第２電極であって、前記第１電極から前記第２電極への方向は、第１方向に沿う、前記第２電極と、
第３電極であって、前記第３電極の前記第１方向における位置は、前記第１電極の前記第１方向における位置と、前記第２電極の前記第１方向における位置と、の間にある、前記第３電極と、
炭化シリコン、シリコン、カーボン及びゲルマニウムよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第１層であって、前記第１層は、第１〜第６部分領域を含み、前記第１部分領域から前記第１電極への方向、前記第２部分領域から前記第２電極への方向、及び、前記第３部分領域から前記第３電極への方向は、前記第１方向と交差する第２方向に沿い、前記第４部分領域は、前記第２方向において前記第３部分領域と前記第３電極との間にあり、前記第５部分領域の前記第１方向における位置は、前記第１部分領域の前記第１方向における位置と、前記第４部分領域の前記第１方向における位置と、の間にあり、前記第６部分領域の前記第１方向における位置は、前記第４部分領域の前記第１方向における前記位置と、前記第２部分領域の前記第１方向における位置と、の間にあり、前記第４部分領域における第１不純物の濃度は、前記第５部分領域における前記第１不純物の濃度よりも高く、前記第６部分領域における前記第１不純物の濃度よりも高い、前記第１層と、
ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）を含む第２層であって、前記第２層は、第１部分及び第２部分を含み、前記第５部分領域から前記第１部分への方向、及び、前記第６部分領域から前記第２部分への方向は、前記第２方向に沿う、前記第２層と、
を備えた、半導体装置。
【請求項２】
前記第５部分領域における前記第１不純物の前記濃度は、１×１０１５ｃｍ−３以下であり、
前記第６部分領域における前記第１不純物の前記濃度は、１×１０１５ｃｍ−３以下である、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第４部分領域における前記第１不純物の前記濃度は、１×１０１６ｃｍ−３以上である、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第４部分領域における前記第１不純物の前記濃度は、前記第３部分領域における前記第１不純物の濃度よりも高い、請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第５部分領域から前記第１部分への向きは、前記第２層の＜０００１＞方向に沿い、
前記第１不純物は、Ｂ、Ａｌ及びＧａよりなる群から選択された少なくともいずれかを含む、請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第５部分領域から前記第１部分への向きは、前記第２層の＜０００−１＞方向に沿い、
前記第１不純物は、Ｎ、Ｐ及びＡｓよりなる群から選択された少なくともいずれかを含む、請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１層は、前記第２方向において前記第４部分領域と前記第３電極との間に設けられた第７部分領域をさらに含む、請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第７部分領域における前記第１不純物の濃度は、前記第４部分領域における前記第１不純物の前記濃度よりも低い、請求項７記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第２層は、前記第２方向において前記第１部分領域と前記第１電極との間に設けられた第４部分をさらに含む、請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１層は、前記第２方向において前記第１部分領域と前記第１電極との間に設けられた第８部分領域をさらに含み、
前記第８部分領域における第２不純物の濃度は、前記第５部分領域における前記第２不純物の濃度よりも高く、
前記第４部分領域は、第１導電形及び第２導電形の一方であり、
前記第８部分領域は、第２導電形及び第２導電形の他方である、請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第１層は、前記第２方向において前記第２部分領域と前記第２電極との間に設けられた第９部分領域をさらに含み、
前記第９部分領域における第２不純物の濃度は、前記第６部分領域における前記第２不純物の濃度よりも高く、
前記第４部分領域は、第１導電形及び第２導電形の一方であり、
前記第９部分領域は、第２導電形及び第２導電形の他方である、請求項１〜９のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第２層は、前記第２方向において前記第２部分領域と前記第２電極との間に設けられた第５部分をさらに含む、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記第３電極は、第１端部及び第２端部を含み、前記第１端部の前記第１方向における位置は、前記第１電極の前記第１方向における前記位置と、前記第２端部の前記第１方向における位置との間にあり、
前記第４部分領域は、第３端部及び第４端部を含み、前記第３端部の前記第１方向における位置は、前記第１電極の前記第１方向における前記位置と、前記第４端部の前記第１方向における位置との間にあり、
前記第１端部の前記第１方向における前記位置は、前記第１電極の前記第１方向における前記位置と、前記第３端部の前記第１方向における前記位置との間にあり、
前記第２端部の前記第１方向における前記位置は、前記第２電極の前記第１方向における前記位置と、前記第４端部の前記第１方向における前記位置との間にある、請求項１〜１２のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記第２層は、第３部分をさらに含み、
前記第３部分は、前記第２方向において、前記第４部分領域と前記第３電極との間にある、請求項１〜１３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記第３部分と前記第３電極との間に設けられた絶縁部をさらに備えた、請求項１４記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記第３電極の少なくとも一部は、前記第１方向において、前記第１部分と前記第２部分との間にある、請求項１〜１５のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記第３電極の少なくとも一部は、前記第１方向において、前記第５部分領域と前記第６部分領域との間にある、請求項１〜１６のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記ｘは、０．５以上である、請求項１〜１７のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記第１部分は、前記第５部分領域と接し、
前記第２部分は、前記第６部分領域と接した、請求項１〜１８のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項２０】
前記第４部分領域における結晶性は、前記第５部分領域における結晶性よりも低く、前記第６部分領域における結晶性よりも低い、請求項１〜１９のいずれか１つに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ＨＥＭＴなどの半導体装置がある。半導体装置において、特性の向上が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００４／０８４２８３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、特性の向上が可能な半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、半導体装置は、第１〜第３電極、第１層及び第２層を含む。前記第１電極から前記第２電極への方向は、第１方向に沿う。前記第３電極の前記第１方向における位置は、前記第１電極の前記第１方向における位置と、前記第２電極の前記第１方向における位置と、の間にある。前記第１層は、炭化シリコン、シリコン、カーボン及びゲルマニウムよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。前記第１層は、第１〜第６部分領域を含む。前記第１部分領域から前記第１電極への方向、前記第２部分領域から前記第２電極への方向、及び、前記第３部分領域から前記第３電極への方向は、前記第１方向と交差する第２方向に沿う。前記第４部分領域は、前記第２方向において前記第３部分領域と前記第３電極との間にある。前記第５部分領域の前記第１方向における位置は、前記第１部分領域の前記第１方向における位置と、前記第４部分領域の前記第１方向における位置と、の間にある。前記第６部分領域の前記第１方向における位置は、前記第４部分領域の前記第１方向における前記位置と、前記第２部分領域の前記第１方向における位置と、の間にある。前記第４部分領域における第１不純物の濃度は、前記第５部分領域における前記第１不純物の濃度よりも高く、前記第６部分領域における前記第１不純物の濃度よりも高い。前記第２層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）を含む。前記第２層は、第１部分及び第２部分を含む。前記第５部分領域から前記第１部分への方向、及び、前記第６部分領域から前記第２部分への方向は、前記第２方向に沿う。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第２実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
【図６】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第２実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
【図７】図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第２実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
【図８】図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第２実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１実施形態）  
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。  
図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、第１実施形態に係る半導体装置１１０、１１０ａ及び１１０ｂは、第１電極５１、第２電極５２、第３電極５３、第１層１０、及び、第２層２０を含む。これらの例では、これらの半導体装置は、絶縁部４０をさらに含む。
【０００９】
第１電極５１から第２電極５２への方向は、第１方向に沿う。第１方向をＸ軸方向とする。Ｘ軸方向に対して垂直な１の方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。
【００１０】
第３電極５３の第１方向（Ｘ軸方向）における位置は、第１電極５１の第１方向における位置と、第２電極５２の第１方向における位置と、の間にある。例えば、Ｘ軸方向において、第３電極５３は、第１電極５１と第２電極５２との間にある。
【００１１】
第１層１０は、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）、シリコン、カーボン及びゲルマニウムよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１層１０がＳｉＣを含む場合、このＳｉＣは、例えば、６Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣ及び３Ｃ−ＳｉＣよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。例えば、第１層１０は、結晶を含む。第１層１０は、例えばダイヤモンドを含んでも良い。
【００１２】
第１層１０は、例えばＩＶ族系半導体を含む。
【００１３】
第１層１０は、第１〜第６部分領域１１〜１６を含む。第１部分領域１１から第１電極５１への方向は、第２方向に沿う。第２方向は、第１方向（Ｘ軸方向）と交差する。例えば、第２方向は、Ｚ軸方向である。
【００１４】
第２部分領域１２から第２電極５２への方向は、第２方向（例えばＺ軸方向）に沿う。第３部分領域１３から第３電極５３への方向は、第２方向（例えばＺ軸方向）に沿う。
【００１５】
第４部分領域１４は、第２方向（例えばＺ軸方向）において、第３部分領域１３と第３電極５３との間にある。
【００１６】
第５部分領域１５の第１方向（Ｘ軸方向）における位置は、第１部分領域１１の第１方向における位置と、第４部分領域１４の第１方向における位置と、の間にある。
【００１７】
第６部分領域１６の第１方向（Ｘ軸方向）における位置は、第４部分領域１４の第１方向における位置と、第２部分領域１２の第１方向における位置と、の間にある。
【００１８】
第２層２０は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）を含む。第２層２０は、第１部分ｐ１及び第２部分ｐ２を含む。第５部分領域１５から第１部分ｐ１への方向は、上記の第２方向（例えばＺ軸方向）に沿う。第６部分領域１６から第２部分ｐ２への方向は、第２方向に沿う。
【００１９】
上記のＡｌの組成比ｘは、例えば、０．５以上である。第２層２０は、例えばＡｌＮを含む。
【００２０】
第２層２０は、極性半導体を含む。第２層２０のバンドギャップは、第１層１０のバンドギャップよりも大きい。
【００２１】
例えば、第１部分ｐ１は、第５部分領域１５と接する。第２部分ｐ２は、第６部分領域１６と接する。
【００２２】
この例では、第２層２０は、第３部分ｐ３をさらに含む。第３部分ｐ３は、第２方向（例えばＺ軸方向）において、第４部分領域１４と第３電極５３との間にある。
【００２３】
絶縁部４０は、第２層２０と第３電極５３との間に設けられる。例えば、絶縁部４０は、第３部分ｐ３と第３電極５３との間に設けられる。
【００２４】
絶縁部４０は、例えば、シリコン、アルミニウム、ホウ素及びハフニウムよりなる群から選択された少なくとも１つの元素と、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つの元素と、を含む。絶縁部４０は、例えば、酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素及び酸化ハフニウムよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。絶縁部４０は、第３電極５３と第２層２０とを電気的に絶縁する。
【００２５】
絶縁部４０は、第１電極５１と第３電極５３との間の領域、及び、第２電極５２と第３電極５３との間の領域に設けられても良い。絶縁部４０と第５部分領域１５との間に、第１部分ｐ１が設けられる。絶縁部４０と第６部分領域１６との間に、第２部分ｐ２が設けられる。
【００２６】
図１（ａ）に示すように、半導体装置１１０において、例えば、キャリア領域１０Ｃが形成される。例えば、キャリア領域１０Ｃは、例えば、第５部分領域１５の第１部分ｐ１側の領域、及び、第６部分領域１６の第２部分ｐ２側の領域に形成される。
【００２７】
例えば、図１（ｂ）に示すように、半導体装置１１０ａにおいては、第５部分領域１５から第１部分ｐ１への向きは、第２層２０の＜０００１＞方向に沿う。この場合、キャリア領域は、例えば、２次元電子ガス１０Ｅを含む。
【００２８】
例えば、図１（ｃ）に示すように、半導体装置１１０ｂにおいては、第５部分領域１５から第１部分ｐ１への向きは、第２層２０の＜０００−１＞方向に沿う。この場合、キャリア領域は、例えば、２次元ホールガス１０Ｈを含む。上記の方向の記載において「−」は、バーを示す（図１（ｃ）参照）。
【００２９】
半導体装置１１０、１１０ａ及び１１０ｂにおいて、第１電極５１は、例えば、ソース電極として機能する。第２電極５２は、例えば、ドレイン電極として機能する。第３電極５３は、例えば、ゲート電極として機能する。半導体装置１１０は、例えば、ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）である。または、半導体装置１１０は、例えば、ＨＨＭＴ（high Hole Mobility Transistor）である。半導体装置１１０ａは例えば、ＨＥＭＴである。半導体装置１１０ｂは、ＨＨＭＴである。
【００３０】
実施形態において、第４部分領域１４における第１不純物の濃度は、第５部分領域１５における第１不純物の濃度よりも高く、第６部分領域１６における第１不純物の濃度よりも高い。
【００３１】
このように、実施形態においては、不純物濃度が局所的に高い。これにより、しきい値電圧が、適度に高くなる。例えば、ノーマリオフの動作が得られる。
【００３２】
実施形態においては、キャリア領域１０Ｃが形成される第５部分領域１５及び第６部分領域１６においては、不純物濃度は低い。これにより、高い移動度が得られる。実施形態によれば、特性の向上が可能な半導体装置を提供できる。
【００３３】
実施形態において、第５部分領域１５から第１部分ｐ１への向きが＜０００１＞方向に沿う場合（図１（ｂ）参照）、第１不純物は、Ｂ、Ａｌ及びＧａよりなる群から選択された少なくともいずれかを含むことが好ましい。これらの元素は、ｐ形不純物として機能する。この場合、第４部分領域１４は、ｐ形領域となる。
【００３４】
第５部分領域１５から第１部分ｐ１への向きが＜０００１＞方向に沿う場合、自発分極及びピエゾ分極などにより、２次元電子ガス１０Ｅが生じる。このとき、ｐ形の不純物を含む第４部分領域１４を設けることで、第４部分領域１４において２次元電子ガス１０Ｅの発生が抑制される。例えば、電子濃度がｐ形の不純物により、局所的に減少する。これにより、オフ時において、第３電極５３の下部分において、キャリアが実質的に生じない。これにより、ノーマリオフの特性が得られる。第３電極５３に電圧（ゲート電圧）を印加することで、第３電極５３の下部分において（例えば、第４部分領域１４において）、電子が引き寄せられ、第１電極５１と第２電極５２との間に、電流が流れ、オン状態となる。
【００３５】
一方、実施形態において、第５部分領域１５から第１部分ｐ１への向きが＜０００−１＞方向に沿う場合（図１（ｃ）参照）、第１不純物は、Ｎ、Ｐ及びＡｓよりなる群から選択された少なくともいずれかを含むことが好ましい。これらの元素は、ｎ形不純物として機能する。この場合、第４部分領域１４は、ｎ形領域となる。
【００３６】
第５部分領域１５から第１部分ｐ１への向きが＜０００−１＞方向に沿う場合、自発分極及びピエゾ分極などにより、２次元ホールガス１０Ｈが生じる。このとき、ｎ形の不純物を含む第４部分領域１４を設けることで、第４部分領域１４において２次元ホールガス１０Ｈの発生が抑制される。例えば、ホール濃度がｎ形の不純物により、局所的に減少する。これにより、オフ時において、第３電極５３の下部分において、キャリアが実質的に生じない。これにより、ノーマリオフの特性が得られる。第３電極５３に電圧（ゲート電圧）を印加することで、第３電極５３の下部分において（例えば、第４部分領域１４において）、ホールが引き寄せられ、第１電極５１と第２電極５２との間に、電流が流れ、オン状態となる。
【００３７】
実施形態において、例えば、第４部分領域１４における第１不純物の濃度は、第３部分領域１３における第１不純物の濃度よりも高い。
【００３８】
例えば、第１層１０となる半導体層に、局所的に第１不純物をイオン注入することで、局所的に第１不純物が高い領域を形成できる。
【００３９】
実施形態において、第４部分領域１４は、ｐ形の不純物と、ｎ形の不純物と、を含んでも良い。例えば、第５部分領域１５から第１部分ｐ１への向きが＜０００１＞方向に沿う場合、ｐ形の不純物の濃度は、ｎ形の不純物の濃度よりも高い。例えば、第５部分領域１５から第１部分ｐ１への向きが＜０００−１＞方向に沿う場合、ｎ形の不純物の濃度は、ｐ形の不純物の濃度よりも高い。
【００４０】
実施形態において、第４部分領域１４は、第１不純物に加えて、別の元素を含んでも良い。別の元素は、例えば、Ａｒなどを含んでも良い。例えば、第４部分領域１４における結晶性が調整できる。例えば、しきい値電圧を調整できる。
【００４１】
実施形態において、第４部分領域１４における結晶性が、局所的に低くても良い。例えば、第４部分領域１４における結晶性は、第５部分領域１５における結晶性よりも低く、第６部分領域１６における結晶性よりも低い。
【００４２】
例えば、第５部分領域１５及び第６部分領域１６の結晶性は高い。これにより、ＯＮ時において、高い移動度が得られる。第４部分領域１４の結晶性が低いことで、例えば、しきい値電圧が適度の値の調整できる。
【００４３】
第４部分領域１４は、動作時には、抵抗成分となる。このため、第４部分領域１４の幅（Ｘ軸方向に沿う長さ）は、狭いことが好ましい。例えば、第４部分領域１４の幅は、第３電極５３の幅よりも狭い。
【００４４】
第３電極５３は、第１端部５３ａ及び第２端部５３ｂを含む。第１端部５３ａの第１方向（Ｘ軸方向）における位置は、第１電極５１の第１方向における位置と、第２端部５３ｂの第１方向における位置との間にある。第２端部５３ｂの第１方向（Ｘ軸方向）における位置は、第２電極５２の第１方向における位置と、第１端部５３ａの第１方向における位置との間にある。第１端部５３ａは、第１電極５１の側の端部である。第２端部５３ｂは、第２電極５２の側の端部である。
【００４５】
第４部分領域１４は、第３端部１４ｃ及び第４端部１４ｄを含む。第３端部１４ｃの第１方向（Ｘ軸方向）における位置は、第１電極５１の第１方向における位置と、第４端部１４ｄの第１方向における位置との間にある。第４端部１４ｄの第１方向（Ｘ軸方向）における位置は、第２電極５２の第１方向における位置と、第３端部１４ｃの第１方向における位置との間にある。第３端部１４ｃは、第１電極５１の側の端部である。第４端部１４ｄは、第２電極５２の側の端部である。
【００４６】
第１端部５３ａの第１方向（Ｘ軸方向）における位置は、第１電極５１の第１方向における位置と、第３端部１４ｃの第１方向における位置との間にある。第２端部５３ｂの第１方向（Ｘ軸方向）における位置は、第２電極５２の第１方向における位置と、第４端部１４ｄの第１方向における前記位置との間にある。
【００４７】
例えば、第１端部５３ａと第２端部５３ｂとの間のＸ軸方向に沿う距離は、第３電極５３の幅に対応する。１つの例において、第３電極５３の幅は、０．５μｍ以上１０μｍ以下である。例えば、第３端部１４ｃと第４端部１４ｄとの間のＸ軸方向に沿う距離は、第４部分領域１４の幅に対応する。第４部分領域１４の幅は、第３電極５３の幅の０．０１倍以上１倍未満である。
【００４８】
例えば、第１端部５３ａと第３端部１４ｃとの間のＸ軸方向に沿う距離は、０μｍを超え４．９５μｍ以下である。第２端部５３ｂと第４端部１４ｄとの間のＸ軸方向に沿う距離は、０μｍを超え４．９５μｍ以下である。
【００４９】
例えば、第１端部５３ａと第３端部１４ｃとの間のＸ軸方向に沿う距離は、第１端部５３ａと第２端部５３ｂとの間のＸ軸方向に沿う距離の０倍を超え０．４９５倍以下である。第２端部５３ｂと第４端部１４ｄとの間のＸ軸方向に沿う距離は、第１端部５３ａと第２端部５３ｂとの間のＸ軸方向に沿う距離の０倍を超え０．４９５倍以下である。
【００５０】
この例では、第１電極５１及び第２電極５２は、第２層２０を介して、第１部分領域１１及び第２部分領域１２と、それぞれ電気的に接続される。例えば、第２層２０は、第４部分ｐ４及び第５部分ｐ５を含む。第４部分ｐ４は、第２方向（例えばＺ軸方向）において、第１部分領域１１と第１電極５１との間に設けられる。第５部分ｐ５は、第２方向において、第２部分領域１２と第２電極５３との間に設けられる。
【００５１】
後述するように、第１電極５１は、第２層２０を介さないで、第１部分領域１１と電気的に接続されても良い。後述するように、第２電極５２は、第２層２０を介さないで、第２部分領域１２と電気的に接続されても良い。
【００５２】
例えば、第１層１０の全体がｐ形またはｎ形の不純物を含む参考例が考えられる。この参考例においては、第５部分領域１５及び第６部分領域１６が設けられない。この場合、キャリア領域１０Ｃが形成される全ての領域が不純物を含むため、移動度が低くなる。
【００５３】
実施形態において、第５部分領域１５における第１不純物の濃度は、例えば、１×１０１５ｃｍ−３以下である。第６部分領域１６における第１不純物の濃度は、例えば、１×１０１５ｃｍ−３以下である。
【００５４】
実施形態において、第４部分領域１４における第１不純物の濃度は、例えば、１×１０１６ｃｍ−３以上である。第４部分領域１４における第１不純物の濃度は、例えば、１×１０１７ｃｍ−３以下である。
【００５５】
以下、実施形態に係る半導体装置のいくつかの例について説明する。
【００５６】
図２（ａ）〜図２（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。  
図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、第１実施形態に係る半導体装置１１１、１１１ａ及び１１１ｂも、第１電極５１、第２電極５２、第３電極５３、第１層１０、第２層２０及び絶縁部４０を含む。半導体装置１１１、１１１ａ及び１１１ｂにおいては、第１層は、第１〜第６部分領域１１〜１６に加えて、第７部分領域１７をさらに含む。これらの半導体装置におけるこれ以外の構成は、半導体装置１１０、１１０ａ及び１１０ｂにおける構成と同様である。以下、第７部分領域１７の例について説明する。
【００５７】
第７部分領域１７は、第２方向（例えばＺ軸方向）において、第４部分領域１４と第３電極５３との間に設けられる。第７部分領域１７における第１不純物の濃度は、第４部分領域１４における第１不純物の濃度よりも低い。
【００５８】
既に説明したように、例えば、第１層１０の一部となる半導体層に、局所的に第１不純物をイオン注入することで、第４部分領域１４が形成される。この後、第１層１０の別の一部となる半導体層をエピタキシャル成長することで、第７部分領域１７が形成される。このエピタキシャル成長（再成長）により、第５部分領域１５の少なくとも一部、及び、第６部分領域１６の少なくとも一部が形成されても良い。
【００５９】
半導体装置１１１、１１１ａ及び１１１ｂにおいては、第１不純物により、キャリア領域１０Ｃ（２次元電子ガス１０Ｅまたは２次元ホールガス１０Ｈ）が、第３電極５３の下の部分において、局所的に抑制される。そして、第７部分領域１７においては、良好な結晶性が得られる。このため、より高い移動度が得やすくなる。
【００６０】
第７部分領域１７のＺ軸方向に沿う長さ（厚さ）は、例えば、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。これにより、例えば、より高い移動度が得やすくなる。
【００６１】
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。  
図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、第１実施形態に係る半導体装置１１２、１１２ａ及び１１２ｂも、第１電極５１、第２電極５２、第３電極５３、第１層１０、第２層２０及び絶縁部４０を含む。半導体装置１１２、１１２ａ及び１１２ｂにおいては、第１層は、第１〜第６部分領域１１〜１６に加えて、第８部分領域１８及び第９部分領域１９をさらに含む。これらの半導体装置におけるこれ以外の構成は、半導体装置１１０、１１０ａ及び１１０ｂにおける構成と同様である。以下、第８部分領域１８及び第９部分領域１９の例について説明する。
【００６２】
第８部分領域１８は、第２方向（例えばＺ軸方向）において、第１部分領域１１と第１電極５１との間に設けられる。第８部分領域１８における第２不純物の濃度は、第５部分領域１５における第２不純物の濃度よりも高い。第２不純物の導電形は、第１不純物の導電形とは異なる。
【００６３】
例えば、図３（ｂ）に示す半導体装置１１２ａの例では、第１不純物はｐ形である。このとき、第２不純物はｎ形である。
【００６４】
例えば、図３（ｃ）に示す半導体装置１１２ｂの例では、第１不純物はｎ形である。このとき、第２不純物はｐ形である。
【００６５】
このように、第４部分領域１４は、第１導電形及び第２導電形の一方である。このとき、第８部分領域１８は、第１導電形及び第２導電形の他方である。
【００６６】
このような第８部分領域１８により、キャリア領域１０Ｃが形成される第５部分領域１５と第１電極５１とが、電気的に接続される。
【００６７】
第９部分領域１９は、第２方向（例えばＺ軸方向）において、第２部分領域１２と第２電極５２との間に設けられる。第９部分領域１９における第２不純物の濃度は、第６部分領域１６における第２不純物の濃度よりも高い。
【００６８】
例えば、図３（ｂ）に示す半導体装置１１２ａの例では、第１不純物はｐ形である。このとき、第２不純物はｎ形である。
【００６９】
例えば、図３（ｃ）に示す半導体装置１１２ｂの例では、第１不純物はｎ形である。このとき、第２不純物はｐ形である。
【００７０】
このように、第４部分領域１４は、第１導電形及び第２導電形の一方である。このとき、第９部分領域１９は、第２導電形及び第２導電形の他方である。
【００７１】
このような第９部分領域１９により、キャリア領域１０Ｃが形成される第６部分領域１６と第２電極５２とが、電気的に接続される。
【００７２】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。  
図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、第１実施形態に係る半導体装置１１３、１１３ａ及び１１３ｂも、第１電極５１、第２電極５２、第３電極５３、第１層１０、第２層２０及び絶縁部４０を含む。半導体装置１１３、１１３ａ及び１１３ｂにおいては、第１層は、第１〜第６部分領域１１〜１６に加えて、第７部分領域１７、第８部分領域１８及び第９部分領域１９をさらに含む。
【００７３】
半導体装置１１１〜１１３、１１１ａ〜１１３ａ、及び、１１１ｂ〜１１３ｂにおいても、しきい値電圧が、適度に高くなる。ノーマリオフの動作が得られる。高い移動度が得られる。特性の向上が可能な半導体装置を提供できる。
【００７４】
（第２実施形態）  
図５（ａ）、図５（ｂ）、図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第２実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。  
半導体装置１２０、１２１、１２２及び１２３においては、第３電極５３の少なくとも一部は、第１方向（Ｘ軸方向）において、第１部分ｐ１と第２部分ｐ２との間にある。これ以外の構成は、例えば、半導体装置１１０、１１１、１１２及び１１３のそれぞれの構成と同じである。
【００７５】
図７（ａ）、図７（ｂ）、図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第２実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。  
半導体装置１２０ａ、１２１ａ、１２２ａ及び１２３ａにおいては、第３電極５３の少なくとも一部は、第１方向（Ｘ軸方向）において、第５部分領域１５と第６部分領域１６との間にあっても良い。これ以外の構成は、例えば、半導体装置１１０、１１１、１１２及び１１３のそれぞれの構成と同じである。
【００７６】
半導体装置１２０、１２１、１２２、１２３、１２０ａ、１２１ａ、１２２ａ、１２３ａは、例えば、トレンチゲート型である。これらの半導体装置においても、しきい値電圧が、適度に高くなる。ノーマリオフの動作が得られる。高い移動度が得られる。特性の向上が可能な半導体装置を提供できる。
【００７７】
このようなトレンチゲート構造（リセス構想）は、必要に応じて適用されても良い。例えば、トレンチゲートではない構造においても、第２層２０の厚さにより、キャリア濃度を調整できる。これにより、しきい値電圧を所望の値に制御できる。
【００７８】
実施形態において、第１電極５１は、第１層１０の一部とオーミック接触する。または、第１電極５１は、第２層２０の一部とオーミック接触しても良い。第２電極５２は、第１層１０の別の一部とオーミック接触する。または、第２電極５２は、第２層２０の別の一部とオーミック接触しても良い。
【００７９】
以下、実施形態に係る半導体装置の製造方法の例について説明する。  
第１層１０となる半導体層を準備する。この半導体層の一部に、第１不純物を導入する。第１不純物の導入は、例えばイオン注入により行われる。これにより、第４部分領域１４が形成される。この後、第２層２０を形成する。例えば、エピタキシャル成長が行われる。その後、絶縁部４０、及び、第１〜第３電極５３を形成することで、実施形態に係る半導体装置（例えば、半導体装置１１０など）が得られる。
【００８０】
上記において、第４部分領域１４が形成の後に、再成長により、第７部分領域１７を形成しても良い。これにより、半導体装置１１１などが得られる。
【００８１】
上記において、第１不純物の導入に加えて、第２不純物の導入を行うことで、第８部分領域１８及び第９部分領域１９が形成される。これにより、例えば、半導体装置１１２または１１３などが得られる。
【００８２】
上記の実施形態において、第２層２０は、例えば、ＭＯＣＶＤ(有機金属気相)法、分子線エピタキシ(ＭＢＥ)法、ハライド気相成長(ＨＶＰＥ)法、スパッタ法、原子層堆積法、及び、パルスレーザー堆積法よりなる群から選択された少なくとも１つにより形成できる。
【００８３】
上記の実施形態において、第２層２０の＜０００１＞方向または＜０００−１＞方向と、第２方向（例えば、Ｚ軸方向）との間の角度の差の絶対値は、例えば、８度以下である。＜０００１＞方向または＜０００−１＞方向は、第２方向（例えば、Ｚ軸方向）に対して平行でも良い。＜０００１＞方向または＜０００−１＞方向は、第２方向から８度以下の角度で傾斜しても良い。例えば、第２層２０の第１層１０の側の面と、第２層２０の＜０００１＞方向または＜０００−１＞方向と、の間の角度の絶対値は、８２度以上９８度以下である。このような角度において、第２層２０の結晶の自発分極に基づくキャリアが第１層１０に効率的に生じる。第２層２０の第１層１０の側の面は、第２層２０の（０００１）面または（０００−１）面と実質的に平行でも良い。
【００８４】
実施形態によれば、特性の向上が可能な半導体装置を提供することができる。
【００８５】
本願明細書において、「電気的に接続される状態」は、複数の導電体が物理的に接してこれら複数の導電体の間に電流が流れる状態を含む。「電気的に接続される状態」は、複数の導電体の間に、別の導電体が挿入されて、これらの複数の導電体の間に電流が流れる状態を含む。
【００８６】
本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
【００８７】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体装置に含まれる、層、領域、電極及び絶縁部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【００８８】
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【００８９】
その他、本発明の実施の形態として上述した半導体装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００９０】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと解される。
【００９１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９２】
１０…第１層、  １０Ｃ…キャリア領域、  １０Ｅ…２次元電子ガス、  １０Ｈ…２次元ホールガス、  １１〜１９…第１〜第９部分領域、  １４ｃ…第３端部、  １４ｄ…第４端部、  ２０…第２層、  ４０…絶縁部、  ５１〜５３…第１〜第３電極、  ５３ａ…第１端部、  ５３ｂ…第２端部、  １１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１１、１１１ａ、１１１ｂ、１１２、１１２ａ、１１２ｂ、１１３、１１３ａ、１１３ｂ、１２０、１２０ａ、１２１、１２１ａ、１２２、１２２ａ、１２３、１２３ａ…半導体装置、  ｐ１〜ｐ５…第１〜第５部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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