(57)【要約】【課題】特性の安定化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、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０≦ｘ１＜１）を含む第１半導体領域と、Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０＜ｘ２≦１、ｘ１＜ｘ２）を含む第２半導体領域と、第１〜第３電極、導電部、第１絶縁層及び第２絶縁層を含む。電極及び導電部は、第１方向において第１半導体領域から離れる。第３電極は、第１、第２電極の間にある。導電部は、第３、第２電極の間にある。第１絶縁部の第１方向に沿う第１長さは、第２絶縁部の第１方向に沿う第２長さよりも長い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０≦ｘ１＜１）を含む第１半導体領域と、
第１方向において前記第１半導体領域から離れた第１電極と、
前記第１方向において前記第１半導体領域から離れた第２電極であって、前記第１電極から前記第２電極に向かう第２方向は、前記第１方向と交差した、前記第２電極と、
前記第１方向において前記第１半導体領域から離れた第３電極であって、前記第３電極の前記第２方向における位置は、前記第１電極の前記第２方向における位置と、前記第２電極の前記第２方向における位置と、の間にあり、第１部分及び第２部分を含む、前記第３電極と、
前記第１方向において前記第１半導体領域から離れた導電部であって、前記導電部の前記第２方向における位置は、前記第３電極の前記第２方向における前記位置と、前記第２電極の前記第２方向における前記位置と、の間にある、前記導電部と、
Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０＜ｘ２≦１、ｘ１＜ｘ２）を含む第２半導体領域であって、前記第２半導体領域は、第１〜第３部分領域を含み、前記第１部分領域は前記第１電極と電気的に接続され、前記第２部分領域は前記第２電極と電気的に接続され、前記第３部分領域は、前記第１方向において前記第２部分と前記第１半導体領域との間に位置する、前記第２半導体領域と、
第１絶縁層であって、前記第１絶縁層の一部は、前記第１方向において前記第１部分と前記第１半導体領域との間に設けられ、前記第１絶縁層の少なくとも一部から前記第２半導体領域への方向は、前記第２方向に沿う、第１絶縁層と、
第１絶縁部及び第２絶縁部を含む第２絶縁層であって、前記第１絶縁部は、前記第１方向において前記第２部分と前記第３部分領域との間に位置し、前記第２絶縁部は、前記第１方向において前記導電部と前記第２半導体領域との間に位置し、前記第１絶縁部の前記第１方向に沿う第１長さは、前記第２絶縁部の前記第１方向に沿う第２長さよりも長い、前記第２絶縁層と、
を備えた半導体装置。
【請求項２】
前記第２電極は、第３部分及び第４部分を含み、
前記第２絶縁部から前記第３部分への方向は、前記第２方向に沿い、
前記第２半導体領域の一部は、前記第１方向において、前記第４部分と前記第１半導体領域との間に位置し、
前記第２絶縁層は、第３絶縁部をさらに含み、
前記第３絶縁部は、前記第１方向において、前記第４部分と、前記第２半導体領域の前記一部と、の間に位置し、
前記第３絶縁部の前記第１方向に沿う第３長さは、前記第２長さよりも長い、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第３絶縁部と前記第２絶縁部との間の第２段差部の前記第２方向における位置は、前記導電部の前記第２方向における前記位置と、前記第２方向における前記第２電極の端部の前記第２方向における位置と、の間にある、請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１絶縁部と前記第２絶縁部との間の第１段差部は、前記第１方向において前記第３電極の端部と重なる、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１絶縁部と前記第２絶縁部との間の第１段差部の前記第２方向における位置は、前記第３電極の前記第２方向における端部の前記第２方向における位置と、前記導電部の前記第２方向における前記位置と、の間にある、請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１絶縁層の一部は、前記第１方向において、前記導電部と前記第２半導体領域との間に位置する、請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記導電部は、前記第２方向で前記第１絶縁層と重なる部分と、前記第２方向で前記第１絶縁層と重ならない部分と、を含む、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２絶縁層は、第１膜及び第２膜を含み、前記第１膜は、前記第２膜と前記第２半導体領域との間に位置する、請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第１膜は、シリコンと窒素とを含み、
前記第２膜は、シリコンと酸素とを含む、請求項８記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第２絶縁部と前記導電部との間に設けられた部分を含む第３絶縁層をさらに備えた、請求項１〜９のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第３電極の少なくとも一部は、前記第３絶縁層と前記第１絶縁層との間に位置する、請求項１０記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第１電極と前記導電部とを電気的に接続する導電部材をさらに備えた、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電極と前記導電部とを電気的に接続する導電部材をさらに備えた、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記第１絶縁層の少なくとも一部は、前記第２方向において前記第１半導体領域と重なる、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１電極と前記第３電極との間の前記第２方向に沿う距離は、前記第２電極と前記第３電極との間の前記第２方向に沿う距離よりも短い、請求項１〜１４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記第１長さは、前記第２長さの１．２倍以上である、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１長さは、前記第２長さの２倍以上である、請求項１〜１５のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記第１絶縁層は、シリコンと酸素とを含み、
前記第２絶縁層は、シリコンと窒素とを含む、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】
Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０≦ｘ１＜１）を含む第１半導体領域と、
第１方向において前記第１半導体領域から離れた第１電極と、
前記第１方向において前記第１半導体領域から離れた第２電極であって、前記第１電極から前記第２電極に向かう第２方向は、前記第１方向と交差した、前記第２電極と、
前記第１方向において前記第１半導体領域から離れた第３電極であって前記第３電極の前記第２方向における位置は、前記第１電極の前記第２方向における位置と、前記第２電極の前記第２方向における位置と、の間にあり、第１部分及び第２部分を含む前記第３電極と、
前記第１方向において前記第１半導体領域から離れた導電部であって、前記導電部の前記第２方向における位置は、前記第３電極の前記第２方向における前記位置と、前記第２電極の前記第２方向における前記位置と、の間にある、前記導電部と、
Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０＜ｘ２≦１、ｘ１＜ｘ２）を含む第２半導体領域であって、前記第２半導体領域は、第１〜第４部分領域を含み、前記第１部分領域は前記第１電極と電気的に接続され、前記第２部分領域は前記第２電極と電気的に接続され、前記第３部分領域は、前記第１方向において前記第２部分と前記第１半導体領域との間に位置し、前記第４部分領域は、前記第１方向において、前記導電部と前記第１半導体領域との間に位置し、前記第３部分領域の前記第１方向に沿う長さは、前記第４部分領域の前記第１方向に沿う長さよりも長い、前記第２半導体領域と、
第１絶縁層であって、前記第１絶縁層の一部は、前記第１方向において前記第１部分と前記第１半導体領域との間に設けられ、前記第１絶縁層の少なくとも一部から前記第２半導体領域への方向は、前記第２方向に沿う、第１絶縁層と、
第１絶縁部及び第２絶縁部を含む第２絶縁層であって、前記第１絶縁部は、前記第１方向において前記第２部分と前記第３部分領域との間に位置し、前記第２絶縁部は、前記第１方向において前記導電部と前記第４部分領域との間に位置した、前記第２絶縁層と、
を備えた半導体装置。
【請求項２０】
前記第１部分領域は、前記第１方向において、前記第１電極と前記第１半導体領域との間に位置し、
前記第２部分領域は、前記第１方向において、前記第２電極と前記第１半導体領域との間に位置した、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】
半導体装置において、特性の安定化が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１６−５１５３０７号公報
【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、特性の安定化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、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０≦ｘ１＜１）を含む第１半導体領域、Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０＜ｘ２≦１、ｘ１＜ｘ２）を含む第２半導体領域と、第１〜第３電極、導電部、第１絶縁層及び第２絶縁層を含む。前記第１電極は、第１方向において前記第１半導体領域から離れる。前記第２電極は、前記第１方向において前記第１半導体領域から離れる。前記第１電極から前記第２電極に向かう第２方向は、前記第１方向と交差する。前記第３電極は、前記第１方向において前記第１半導体領域から離れる。前記第３電極の前記第２方向における位置は、前記第１電極の前記第２方向における位置と、前記第２電極の前記第２方向における位置と、の間にある。前記第３電極は、第１部分及び第２部分を含む。前記導電部は、前記第１方向において前記第１半導体領域から離れる。前記導電部の前記第２方向における位置は、前記第３電極の前記第２方向における前記位置と、前記第２電極の前記第２方向における前記位置と、の間にある。第２半導体領域は、第１〜第３部分領域を含む。前記第１部分領域は前記第１電極と電気的に接続される。前記第２部分領域は前記第２電極と電気的に接続される。前記第３部分領域は、前記第１方向において前記第２部分と前記第１半導体領域との間に位置する。前記第１絶縁層の一部は、前記第１方向において前記第１部分と前記第１半導体領域との間に設けられ、前記第１絶縁層の少なくとも一部から前記第２半導体領域への方向は、前記第２方向に沿う。前記第２絶縁層は、第１絶縁部及び第２絶縁部を含む。前記第１絶縁部は、前記第１方向において前記第２部分と前記第３部分領域との間に位置する。前記第２絶縁部は、前記第１方向において前記導電部と前記第２半導体領域との間に位置する。前記第１絶縁部の前記第１方向に沿う第１長さは、前記第２絶縁部の前記第１方向に沿う第２長さよりも長い。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】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】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】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】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】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６】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７】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８】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９】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１０】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１１】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１２】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１３】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１４】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に示すように、実施形態に係る半導体装置１１０は、第１半導体領域１０、第２半導体領域２０、第１〜第３電極５１〜５３、導電部４０、第１絶縁層６１及び第２絶縁層６２を含む。
【０００９】
第１半導体領域１０は、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０≦ｘ１＜１）を含む。第１半導体領域１０は、例えば、ＧａＮ層である。
【００１０】
第２半導体領域２０は、Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０＜ｘ２≦１、ｘ１＜ｘ２）を含む。第２半導体領域２０は、例えば、ＡｌＧａＮである。第２半導体領域２０におけるＡｌの組成比（ｘ２）は、例えば、０．１以上０．４以下である。
【００１１】
この例では、基板１０ｓの上にバッファ層１５が設けられる。バッファ層１５の上に、第１半導体領域１０が設けられる。第１半導体領域１０の上に、第２半導体領域２０が設けられる。
【００１２】
第１電極５１は、第１方向において、第１半導体領域１０から離れる。
【００１３】
第１方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。
【００１４】
第２電極５２は、第１方向（Ｚ軸方向）において、第１半導体領域１０から離れる。第１電極５１から第２電極５２に向かう第２方向は、第１方向と交差する。第２方向は、例えば、Ｘ軸方向である。
【００１５】
第３電極５３は、第１方向（Ｚ軸方向）において、第１半導体領域１０から離れる。第３電極５３は、例えば、Ｘ軸方向において、第１電極５１と第２電極５２との間に設けられる。第３電極５３の第２方向（例えばＸ軸方向）における位置は、第１電極５１の第２方向における位置と、第２電極５２の第２方向における位置と、の間にある。
【００１６】
第３電極５３は、第１部分５３ａ及び第２部分５３ｂを含む。例えば、第２部分５３ｂは、第１部分５３ａからＸ軸方向に沿って延びる部分である。第２部分５３ｂは、例えば、突出部である。
【００１７】
導電部４０は、第１方向（Ｚ軸方向）において、第１半導体領域１０から離れる。導電部４０は、Ｘ軸方向において、第３電極５３と第２電極５２との間に設けられる。導電部４０の第２方向（例えば、Ｘ軸方向）における位置は、第３電極５３の第２方向における位置と、第２電極５２の第２方向における位置と、の間にある。
【００１８】
第２半導体領域２０は、第１〜第３部分領域２０ａ〜２０ｃを含む。第１部分領域２０ａは、第１電極５１と電気的に接続される。例えば、第１部分領域２０ａは、第１電極５１とオーミック接触する。第２部分領域２０ｂは、第２電極５２と電気的に接続される。例えば、第２部分領域２０ｂは、第２電極５２とオーミック接触する。
【００１９】
この例では、第１部分領域２０ａは、第１方向（Ｚ軸方向）において、第１電極５１と第１半導体領域１０との間に位置する。第２部分領域２０ｂは、第１方向において、第２電極５２と第１半導体領域１０との間に位置する。
【００２０】
第３部分領域２０ｃは、第１方向（Ｚ軸方向）において、第２部分５３ｂと第１半導体領域１０との間に位置する。
【００２１】
この例では、第３電極５３の少なくとも一部から、第２半導体領域２０への方向は、第２方向（例えばＸ軸方向）に沿う。例えば、第３電極５３の少なくとも一部は、Ｘ軸方向において、第２半導体領域２０と重なる。
【００２２】
第１絶縁層６１の一部は、第１方向（Ｚ軸方向）において、第１部分５３ａと第１半導体領域１０との間に設けられる。第１絶縁層６１の少なくとも一部から第２半導体領域２０への方向は、第２方向（例えば、Ｘ軸方向）に沿う。この例では、第１絶縁層６１の別の一部は、第２方向（例えばＸ軸方向）において、第１部分５３ａと第２半導体領域２０との間に設けられる。
【００２３】
第２絶縁層６２は、第１絶縁部６２ａ及び第２絶縁部６２ｂを含む。第１絶縁部６２ａは、第１方向（Ｚ軸方向）において、第２部分５３ｂと第３部分領域２０ｃとの間に位置する。第２絶縁部６２ｂは、第１方向において、導電部４０と第２半導体領域２０との間に位置する。
【００２４】
第１電極５１は、例えば、ソース電極に対応する。第２電極５２は、例えば、ドレイン電極に対応する。第３電極５３は、例えば、ゲート電極に対応する。半導体装置１１０は、例えば、ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）である。半導体装置１１０は、例えば、ノーマリオフ型のトランジスタである。半導体装置１１０は、例えば、リセ型である。
【００２５】
例えば、第１半導体領域１０は、第２半導体領域２０の近傍の領域を含む。この近傍の領域において、二次元電子ガス１０Ｅ（２ＤＥＧ）が形成される。二次元電子ガス１０Ｅは、例えば、Ｘ−Ｙ平面に実質的に平行に広がる。第１半導体領域１０は、例えば、電子走行層として機能する。第２半導体領域２０は、例えば、電子供給層として機能する。
【００２６】
この例では、導電部材４５が設けられている。この例では、導電部材４５は、第１電極５１と導電部４０とを電気的に接続する。導電部材４５は、図１に例示する断面に含まれない位置で、第１電極５１と導電部４０とを電気的に接続しても良い。
【００２７】
導電部４０は、例えば、フィールドプレートとして機能する。
【００２８】
第１絶縁部６２ａの第１方向（Ｚ軸方向）に沿う長さ（厚さ）を第１長さｄ１とする。第２絶縁部６２ｂの第１方向に沿う長さ（厚さ）を第２長さｄ２とする。実施形態においては、第１長さｄ１は、第２長さｄ２よりも長い。
【００２９】
実施形態においては、第２絶縁層６２のうちの第２部分５３ｂの下に位置する部分（第１絶縁部６２ａ）の厚さが、第２絶縁層６２のうちの導電部４０の下に位置する部分（第２絶縁部６２ｂ）の厚さよりも厚くされている。
【００３０】
これにより、例えば、半導体装置の特性（例えばしきい値電圧など）を安定化することができる。
【００３１】
例えば、半導体装置１１０のオン時において、第３電極５３に正の電圧（例えば＋１０Ｖなど）が加えられる。例えば、ＰＢＴＩ（Positive Bias Temperature Instability）が生じ、例えば、しきい値電圧が変動する。実施形態においては、第３電極５３と第２半導体領域２０との間の絶縁層（第１絶縁部６２ａ）の厚さ（第１長さｄ１）が厚い。これにより、第１絶縁部６２ａにおける電界が緩和される。例えば、ＰＢＴＩによる特性の変動が抑制できる。
【００３２】
さらに、第１絶縁部６２ａの厚さ（第１長さｄ１）が厚いことにより、例えば、ゲート−ドレイン間の容量Ｃｇｄが小さくできる。これにより、例えば、良好な応答特性が得られる。
【００３３】
一方、半導体装置１１０のオフ時において、第２電極５２と第３電極５３との間の電界により、例えば、ＤＣコラプスが生じる。例えば、しきい値電圧が上昇する。例えば、オン抵抗が上昇する。このとき、実施形態においては、導電部４０と第２半導体領域２０との間の絶縁層（第２絶縁部６２ｂ）の厚さ（第２長さｄ２）が薄い。これにより、導電部４０による電界緩和の効果が高まる。導電部４０により、例えば、ゲート端（または、リセス部）の電界緩和の効果が高まる。
【００３４】
例えば、第１絶縁部６２ａの厚さ（第１長さｄ１）及び第２絶縁部６２ｂの厚さ（第２長さｄ２）の両方が厚い参考例が考えられる。この参考例においては、ＰＢＴＩによる特性の変動が抑制できると考えられる。しかしながら、オフ時において、第３電極５３の第２部分５３ｂと重なる部分において、空乏化する電圧が高い。例えば、第３電極５３の第１部分５３ａ（リセス部）の端部において、電界が集中する。これにより、しきい値電圧が変動しやすい。このしきい値電圧の変動は、第２絶縁層６２の厚さが厚くなると、顕著になる。
【００３５】
実施形態においては、第２絶縁部６２ｂの厚さ（第２長さｄ２）が薄い。これにより、導電部４０により、電界（例えば、ゲート端の電界）を効果的に緩和できる。オフ時における電界に起因したしきい値電圧の変動が抑制できる。
【００３６】
図２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は、オフ時の特性を例示している。図２に示すように、導電部４０を設けることで、第２電極５２から導電部４０に向けた電界が上昇する。これにより、第２電極５２から第３電極５３の第１部分５３ａに向けた電界を低くできる。例えば、第１絶縁部６２ａを厚くしても、第１部分５３ａに向かう電界を低くできる。第２絶縁部６２ｂが薄いことにより、第１部分５３ａに向かう電界を効果的に低くできる。
【００３７】
このように、実施形態においては、オフ時における電界に起因するしきい値電圧の変動が抑制できる。さらに、既に説明したように、オン時のＰＢＴＩによるしきい値電圧の変動が抑制できる。実施形態によれば、特性の安定化が可能な半導体装置を提供できる。さらに、ゲート−ドレイン間の容量Ｃｇｄを小さくできる。
【００３８】
実施形態において、第１長さｄ１は、第２長さｄ２の１．２倍以上である。第１長さｄ１は、第２長さｄ２の１．５倍以上でも良い。第１長さｄ１は、第２長さｄ２の２倍以上でも良い。
【００３９】
第２絶縁層６２が、窒化シリコンを含む場合、第１長さｄ１（厚さ）は、例えば、５ｎｍ以上１μｍ以下である。第２長さｄ２（厚さ）は、例えば、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。第１長さｄ１は、例えば、２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下でも良い。第２長さｄ２は、例えば、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下でも良い。
【００４０】
図１に示すように、半導体装置１１０においては、第２絶縁層６２に第１段差部６２ｐが設けられる。第１段差部６２ｐは、第１絶縁部６２ａと第２絶縁部６２ｂとの間の段差（厚さが変化する部分）を含む。図１に示す例においては、第１段差部６２ｐは、第１方向（Ｚ軸方向）において、第３電極５３の端部５３ｅと重なる。端部５３ｅは、第３電極５３のＸ軸方向における端（第２電極５２の側の端）を含む。
【００４１】
後述するように、Ｘ軸方向において、第１段差部６２ｐは、第３電極５３の端部５３ｅと、導電部４０と、の間にあっても良い。
【００４２】
図１に示すように、この例では、第２電極５２も突出部を含む。第２絶縁層６２のうちの第２電極５２の突出部の下に位置する部分の厚さは、第２絶縁層６２のうちの第２部分５３ａの下に位置する部分の厚さ（第２長さｄ２）よりも厚い。
【００４３】
例えば、第２電極５２は、第３部分５２ｃ及び第４部分５２ｄを含む。第２絶縁部６２ｂから第３部分５２ｃへの方向は、第２方向（例えばＸ軸方向）に沿う。例えば、第３部分５２ｃは、Ｘ軸方向において、第２絶縁層６２と重なる。
【００４４】
第２半導体領域２０の一部は、第１方向（Ｚ軸方向）において、第４部分５２ｄと第１半導体領域１０との間に位置する。例えば、第４部分５２ｄは、Ｘ軸方向において、第２絶縁層６２と重ならない。
【００４５】
一方、第２絶縁層６２は、第３絶縁部６２ｃをさらに含む。第３絶縁部６２ｃは、第１方向（Ｚ軸方向）において、第４部分５２ｄと、第２半導体領域２０の上記の一部と、の間に位置する。第３絶縁部６２ｃの第１方向（Ｚ軸方向）に沿う長さ（厚さ）を第３長さｄ３とする。第３長さｄ３は、第２長さｄ２よりも長い。
【００４６】
このように、第２電極５２の側においても、第２絶縁層６２に段差が設けられる。例えば、オフストレス時に、二次元電子ガス１０Ｅの空乏化した部分が、ドレインの近傍まで到達する場合がある。厚い第３絶縁部６２ｃを設けることで、第３絶縁部６２ｃに加わる電界ストレスを緩和することができる。
【００４７】
例えば、第２絶縁層６２は、第２段差部６２ｑをさらに含む。第２段差部６２ｑは、第３絶縁部６２ｃと第２絶縁部６２ｂとの間の段差（厚さが変化する部分）を含む。Ｘ軸方向において、第２段差部６２ｑは、導電部４０と第２電極５２との間に位置する。第２段差部６２ｑの第２方向（例えばＸ軸方向）における位置は、導電部４０の第２方向における位置と、第２電極５２の端部５２ｅの第２方向における位置と、の間にある。これにより、ゲート端における電界緩和の効果を得つつ、第３絶縁部６２ｃにおける電界緩和の効果が得られる。端部５２ｅは、第２電極５２の第２方向（Ｘ軸方向）における端（第３電極５３の側の端）を含む。
【００４８】
実施形態において、図１に示すように、第１電極５１と第３電極５３との間の第２方向（Ｘ軸方向）に沿う距離は、第２電極５２と第３電極５３との間の第２方向に沿う距離よりも短い。例えば、ソース電極とゲート電極との間の距離は、ドレイン電極とゲート電極との間の距離よりも短い。これにより、例えば、高耐圧で低オン抵抗を有する素子が得られる。
【００４９】
図１に示すように、第１絶縁層６１の少なくとも一部は、第２方向（Ｘ軸方向）において第１半導体領域１０と重なる。例えば、ゲートのリセスの底部は、第１半導体領域１０に達する。例えば、二次元電子ガス１０Ｅを確実に分断できる。確実なノーマリオフ動作が得られる。
【００５０】
実施形態において、第１電極５１及び第２電極５２は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｔｉ及びＮｉよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第３電極５３は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｔｉ及びＮｉよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第３電極５３は、例えば、ＴｉＮを含む。
【００５１】
第１絶縁層６１は、例えば、シリコンと酸素とを含む。第１絶縁層６１は、例えば、酸化シリコンを含むことが好ましい。第２絶縁層６２は、シリコンと窒素とを含む。第２絶縁層６２は、例えば、窒化シリコンを含むことが好ましい。例えば、第２絶縁層６２は、第２半導体領域２０に接する部分を含む。この部分は、例えば、窒化シリコンを含む。
【００５２】
第１絶縁層６１及び第２絶縁層６２の少なくともいずれかは、第１元素及び第２元素を含む。第１元素は、アルミニウム及びシリコンよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２元素は、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１絶縁層６１及び第２絶縁層６２の少なくともいずれかは、酸化物、窒化物または酸窒化物を含む。
【００５３】
第１絶縁層６１及び第２絶縁層６２の少なくともいずれかは、上記の第１元素及び上記の第２元素を含む第１膜と、第３元素及び第４元素を含む第２膜と、を含んでも良い。第３元素は、アルミニウム及びシリコンよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第４元素は、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１膜の組成と、第２膜の組成とは、互いに異なる。第１膜と第２膜とは、互いに積層される。
【００５４】
図１に示すように、この例では、絶縁部材６８がさらに設けられている。絶縁部材６８は、第３電極５３と導電部４０との間、導電部４０と第２電極５２との間、及び、第３電極５３と第１電極５１との間、に設けられる。絶縁部材６８は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン及び酸化アルミ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。
【００５５】
基板１０ｓは、例えば、サファイア基板またはシリコン基板である。バッファ層１５は、例えば、ＡｌＧａＮ層及びＧａＮ層を含む。バッファ層１５は、例えば、交互に積層された複数のＡｌＧａＮ層及び複数のＧａＮ層を含んでも良い。
【００５６】
導電部４０は、例えば、第３電極５３に含まれる材料を含んでも良い。導電部４０として、第３電極５３の材料と同じ材料を用いても良い。例えば、リーク電流が抑制できる。例えば、高い絶縁性が得られる。導電部４０は、例えば、第１電極５１及び第２電極５２の少なくともいずれかに含まれる材料を含んでも良い。導電部４０として、第１電極５１及び第２電極５２の少なくともいずれか同じ材料を用いても良い。例えば、製造プロセスが簡単になる。実施形態において、導電部４０は、例えば、第１〜第３電極５１〜５３とは異なる材料を材料を含んでも良い。
【００５７】
実施形態において、第１半導体領域１０及び第１絶縁層６１を含む領域において、第２半導体領域２０に含まれる元素が検出される場合があっても良い。例えば、第１半導体領域１０がＧａＮを含み、第２半導体領域２０がＡｌＧａＮを含み、第１絶縁層６１が窒化シリコンを含む場合がある。このとき、第１半導体領域１０及び第１絶縁層６１の間の領域において、第２半導体領域２０に含まれるＡｌが検出される場合がある。例えば、分析の方法などにより、このような状態が観測される場合がある。例えば、第１半導体領域１０及び第１絶縁層６１の間の領域において、第２半導体領域２０に含まれる元素を含む薄い領域が観測される場合がある。
【００５８】
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。以下において、半導体装置１１０における構成と同じ部分については、適宜説明を省略する。
【００５９】
図３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は、半導体装置１１０ａの一部を例示している。半導体装置１１０ａにおいては、第２絶縁層６２の第１段差部６２ｐの位置が、半導体装置１１０における第２絶縁層６２の第１段差部６２ｐの位置とは異なる。半導体装置１１０ａにおけるそれ以外の構成は、半導体装置１１０における構成と同じである。
【００６０】
半導体装置１１０ａにおいては、第１段差部６２ｐの第２方向（例えばＸ軸方向）における位置は、第３電極５３の端部５３ｅの第２方向における位置と、導電部４０の第２方向における位置と、の間にある。端部５３ｅは、第３電極５３の第２方向（Ｘ軸方向）における端を含む。
【００６１】
図４〜図１１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に示すように、半導体装置１１１においては、第１絶縁層６１の一部は、第１方向（Ｚ軸方向）において、導電部４０と第２半導体領域２０との間に位置する。
【００６２】
図５に示すように、半導体装置１１２においては、導電部４０は、第２方向（例えばＸ軸方向）で第１絶縁層６１と重なる部分と、第２方向で第１絶縁層６１と重ならない部分と、を含む。例えば、導電部４０は、段差を有する。例えば、多段のフィールドプレートが形成され、電界を段階的に緩和することができる。
【００６３】
図６に示すように、半導体装置１１３においては、第２絶縁層６２は、第１膜６２ｆ及び第２膜６２ｇを含む。第１膜６２ｆは、第２膜６２ｇと第２半導体領域２０との間に位置する。例えば、第１膜６２ｆは、シリコンと窒素とを含む。第２膜６２ｇは、シリコンと酸素とを含む。第２膜６２ｇは、シリコンと酸素と窒素を含んでも良い。第２膜６２ｇは、アルミニウムと酸素とを含んでも良い。第２膜６２ｇは、アルミニウムと酸素と窒素を含んでも良い。第２絶縁層６２が複数の膜を含むことで、例えば、第２絶縁層６２と第２半導体領域２０との界面を良好に形成しつつ、信頼性を向上させることができる。
【００６４】
図７に示すように、半導体装置１１４は、第３絶縁層６３をさらに含む。第３絶縁層６３は、第２絶縁部６２ｂと導電部４０との間に設けられた部分を含む。第３絶縁層６３は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム及び酸窒化アルミ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。
【００６５】
図８に示すように、半導体装置１１５においても、第３絶縁層６３が設けられる。半導体装置１１５においては、第３電極５３の少なくとも一部は、第３絶縁層６３と第１絶縁層６１との間に位置する。
【００６６】
上記の半導体装置１１１〜１１５においても、例えば、特性の安定化が可能な半導体装置を提供できる。例えば、オン時のＰＢＴＩによるしきい値電圧の変動が抑制できる。例えば、オフ時の電界に起因したしきい値電圧の変動が抑制できる。さらに、ゲート−ドレイン間の容量Ｃｇｄが小さくできる。
【００６７】
図９に示すように、半導体装置１１６において、導電部材４５が設けられている。導電部材４５は、第１電極５１と導電部４０とを電気的に接続する。導電部材４５の一部と、第１半導体領域１０と、の間に、第３電極５３の少なくとも一部が設けられる。
【００６８】
図１０に示すように、半導体装置１１７において、導電部材４５が設けられている。導電部材４５は、第３電極５３と導電部４０とを電気的に接続する。半導体装置１１７においては、オフ時における電界が緩和できる。例えば、オフ時の電界に起因した特性の変動が抑制できる。
【００６９】
図１１に示すように、半導体装置１１８においては、導電部４０は、第３電極５３と連続している。第３電極５３と導電部４０との中間部分が、導電部材４５に対応する。この例では、導電部４０は、第２絶縁層６２の第１段差部６２ｐに接している。
【００７０】
一方、上記の半導体装置１１０、１１０ａ、及び、１１１〜１１８においては、導電部４０と第１段差部６２ｐとの間に、絶縁部材６８、第１絶縁層６１及び第３絶縁層６３の少なくとも１つが設けられる。例えば、導電部４０は、第１段差部６２ｐと離れる。
【００７１】
上記の半導体装置１１０、１１０ａ、及び、１１１〜１１８において、第２方向における第３電極５３と第１電極５１との間の第２絶縁層６２に、段差が設けられても良い。
【００７２】
（第２実施形態）  
図１２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１２に示すように、実施形態に係る半導体装置１２０も、第１半導体領域１０、第２半導体領域２０、第１〜第３電極５１〜５３、導電部４０、第１絶縁層６１及び第２絶縁層６２を含む。
【００７３】
この例でも、第１半導体領域１０は、Ａｌｘ１Ｇａ１−ｘ１Ｎ（０≦ｘ１＜１）を含む。第２半導体領域２０は、Ａｌｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０＜ｘ２≦１、ｘ１＜ｘ２）を含む。
【００７４】
第１〜第３電極５１〜５３及び導電部４０は、第１方向（Ｚ軸方向）において第１半導体領域１０から離れる。第１電極５１から第２電極５２に向かう第２方向（例えばＸ軸方向）は、第１方向と交差する。第３電極５３の第２方向における位置は、第１電極５１の第２方向における位置と、第２電極５２の第２方向における位置と、の間にある。この例でも、第３電極５３は、第１部分５３ａ及び第２部分５３ｂを含む。導電部４０の第２方向における位置は、第３電極５３の第２方向における位置と、第２電極５２の第２方向における位置と、の間にある。
【００７５】
第２半導体領域２０は、第１〜第４部分領域２０ａ〜２０ｄを含む。第１部分領域２０ａは、第１電極５１と電気的に接続される。第２部分領域２０ｂは、第２電極５２と電気的に接続される。第３部分領域２０ｃは、第１方向（Ｚ軸方向）において、第２部分５３ｂと第１半導体領域１０との間に位置する。第４部分領域２０ｄは、第１方向において、導電部４０と第１半導体領域１０との間に位置する。この例では、第１部分領域２０ａは、第１方向（Ｚ軸方向）において、第１電極５１と第１半導体領域１０との間に位置する。第２部分領域２０ｂは、第１方向において、第２電極５２と第１半導体領域１０との間に位置する。
【００７６】
第３部分領域２０ｃの第１方向（Ｚ軸方向）に沿う長さｔ３（厚さ）は、第４部分領域２０ｄの第１方向に沿う長さｔ４（厚さ）よりも長い。
【００７７】
この例では、第３電極５３の少なくとも一部から、第２半導体領域２０への方向は、第２方向（例えばＸ軸方向に沿う。例えば、第３電極５３の少なくとも一部は、Ｘ軸方向において、第２半導体領域２０と重なる。
【００７８】
第１絶縁層６１の一部は、第１方向（Ｚ軸方向）において第１部分５３ａと第１半導体領域１０との間に設けられる。第１絶縁層６１の少なくとも一部から第２半導体領域２０への方向は、第２方向（例えば、Ｘ軸方向）に沿う。この例では、第１絶縁層６１の別の一部は、第２方向（Ｘ軸方向）において第１部分５３ａと第２半導体領域２０との間に設けられる。
【００７９】
第２絶縁層６２は、第１絶縁部６２ａ及び第２絶縁部６２ｂを含む。第１絶縁部６２ａは、第１方向（Ｚ軸方向）において、第２部分５３ｂと第３部分領域２０ｃとの間に位置する。第２絶縁部６２ｂは、第１方向において、導電部４０と第４部分領域２０ｄとの間に位置する。
【００８０】
半導体装置１２０においては、長さｔ３（厚さ）が長さｔ４（厚さ）よりも長い。これにより、第２部分５３ｂと第１半導体領域１０との間の距離が、導電部４０と第１半導体領域１０との間の距離よりも長くなる。例えば、第２部分５３ｂと二次元電子ガス１０Ｅとの間の距離が、導電部４０と二次元電子ガス１０Ｅとの間の距離よりも長くなる。
【００８１】
半導体装置１２０において、例えば、特性の安定化が可能な半導体装置を提供できる。例えば、オン時のＰＢＴＩによるしきい値電圧の変動が抑制できる。例えば、オフ時の電界に起因したしきい値電圧の変動が抑制できる。さらに、ゲート−ドレイン間容量Ｃｇｄが小さくできる。
【００８２】
半導体装置１２０においては、導電部材４５は、導電部４０と第１電極５１とを電気的に接続する。半導体装置１１７に関して説明したように、導電部材４５は、導電部４０と第３電極５３とを電気的に接続しても良い。
【００８３】
実施形態においては、例えば、バリア層（例えば、第２絶縁層６２及び第２半導体領域２０の少なくともいずれか）の厚さが、導電部４０の下において、第３電極５３の突出部の下における厚さよりも薄い。例えば、オフ時のストレスの電界が、導電部４０で効果的に緩和される。
【００８４】
半導体装置１２０において、第２方向における第３電極５３と第１電極５１との間の第２絶縁層６２に、段差が設けられても良い。
【００８５】
図１３は、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１３に示すように、実施形態に係る半導体装置１３０において、第１絶縁層６１は、第１方向（Ｚ軸方向）において第３電極５３と第１半導体領域１０との間に設けられた部分を含む。第２半導体領域２０の一部は、第１絶縁層６１の上記の一部と、第１半導体領域１０と、の間に設けられても良い。半導体装置１３０におけるこれ以外の構成は、半導体装置１１０における構成と同じである。半導体装置１３０においても、特性が安定になる。
【００８６】
半導体装置１１０ａ及び１１１〜１１８においても、第２半導体領域２０の一部が、第１絶縁層６１の上記の一部と、第１半導体領域１０と、の間に設けられても良い。
【００８７】
図１４は、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１４に示すように、実施形態に係る半導体装置１４０において、第１絶縁層６１は、第１方向（Ｚ軸方向）において第３電極５３と第１半導体領域１０との間に設けられた部分を含む。第２半導体領域２０の一部は、第１絶縁層６１の上記の一部と、第１半導体領域１０と、の間に設けられても良い。半導体装置１４０におけるこれ以外の構成は、半導体装置１２０における構成と同じである。半導体装置１４０においても、特性が安定になる。
【００８８】
半導体装置１３０及び１４０において、第２半導体領域２０の上記の一部の第１方向（Ｚ軸方向）の長さ（厚さｔｇ２０）は、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。半導体装置１３０及び１４０においても、ノーマリオフ動作が得られる。
【００８９】
半導体装置１３０において、第２方向における第３電極５３と第１電極５１との間の第２絶縁層６２に、段差が設けられても良い。
【００９０】
実施形態によれば、特性の安定化が可能な半導体装置を提供することができる。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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半導体領域、電極、導電部及び絶縁層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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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了解される。
【００９７】
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】
【００９８】
１０…半導体領域、  １０Ｅ…二次元電子ガス、  １０ｓ…基板、  １５…バッファ層、  ２０…半導体領域、  ２０ａ〜２０ｃ…部分領域、  ４０…導電部、  ４５…導電部材、  ５１…第１電極、  ５２…第２電極、  ５２ｃ…第３部分、  ５２ｄ…第４部分、  ５２ｅ…端部、  ５３…第３電極、  ５３ａ…第１部分、  ５３ｂ…第２部分、  ５３ｅ…端部、  ６１…第１絶縁層、  ６２…第２絶縁層、  ６２ａ…第１絶縁部、  ６２ｂ…第２絶縁部、  ６２ｃ…第３絶縁部、  ６２ｆ…第１膜、  ６２ｇ…第２膜、  ６２ｐ…第１段差部、  ６２ｑ…第２段差部、  ６８…絶縁部材、  １１０、１１０ａ、１１１〜１１８、１２０、１３０、１４０…半導体装置、  ｄ１〜ｄ３…第１〜第３長さ、  ｔ３及びｔ４…長さ、  ｔｇ２０…厚さ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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