(57)【要約】【課題】高耐圧の半導体装置を提供する。【解決手段】実施形態の半導体装置は、窒化物半導体を有する第１半導体層と、第１半導体層上に設けられ、第１半導体層よりも禁止帯幅が大きく、窒化物半導体を有する第２半導体層と、第２半導体層上に設けられ、第２半導体層よりも禁止帯幅が小さく、窒化物半導体を有する第３半導体層と、第２半導体層上に設けられ、第３半導体層に接する第１電極と、第２半導体層上に設けられ、第３半導体層に接する第２電極と、第１電極に接する第３半導体層、第１電極直下の前記第２半導体層、および第１電極直下の第１半導体層と、第２主電極に接する第３半導体層、第２主電極直下の第２半導体層、および第２主電極直下の第１半導体層と、の間に設けられ、絶縁膜を介して前記第３半導体層、前記第２半導体層、および第１半導体層に接し、第３半導体層上には設けられていない第３電極と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体を有する第１半導体層と、
前記第１半導体層上に設けられ、前記第１半導体層よりも禁止帯幅が大きく、窒化物半導体を有する第２半導体層と、
前記第２半導体層上に設けられ、前記第２半導体層よりも禁止帯幅が小さく、窒化物半導体を有する第３半導体層と、
前記第２半導体層上に設けられ、前記第３半導体層に接する第１電極と、
前記第２半導体層上に設けられ、前記第３半導体層に接する第２電極と、
前記第１電極に接する前記第３半導体層、前記第１電極直下の前記第２半導体層、および前記第１電極直下の前記第１半導体層と、前記第２主電極に接する前記第３半導体層、前記第２主電極直下の前記第２半導体層、および前記第２主電極直下の前記第１半導体層と、の間に設けられ、絶縁膜を介して前記第３半導体層、前記第２半導体層、および前記第１半導体層に接し、前記第３半導体層上には設けられていない第３電極と、
を備えた半導体装置。
【請求項２】
前記第２電極に前記第１電極よりも高い電位を印加し、前記第３電極に、第１の電位を印加したときには、前記第１電極と前記第２電極との間が通電せず、前記第３電極に、前記第１の電位よりも高い第２の電極を印加したときは、前記第１電極と第２電極との間が通電可能な請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１電極直下の前記第２半導体層および前記第１半導体層と、
前記第１電極直下の前記第２半導体層および前記第１半導体層と、前記第３電極と、の間の前記第２半導体層および前記第１半導体層と、
前記第３電極直下の前記第１半導体層と、
を含む領域の導電形がｎ形である請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１電極と、前記第３電極と、の間の前記第３半導体層の導電形がｎ形である請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第３電極が前記絶縁膜を介して接する前記第１半導体層の一部の導電形がｐ形である請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体装置。  
【請求項６】
前記絶縁膜と前記第１半導体層との間に、前記第１半導体層よりも禁止帯幅が大きく、窒化物半導体を有する第４半導体層をさらに備えた請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１半導体層の前記一部以外の前記第１半導体層が超接合構造を有している請求項５または６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記超接合構造は、前記第１半導体層から前記第３半導体層に向かう方向において、ｎ形ＧａＮ含有層とｐ形ＧａＮ含有層とが交互に配列された構造を有する請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記超接合構造は、前記第１半導体層から前記第３半導体層に向かう方向において、ｎ形ＡｌＧａＮ含有層とｐ形ＡｌＧａＮ含有層とが交互に配列された構造を有する請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記超接合構造は、前記第１半導体層から前記第３半導体層に向かう方向において、ＡｌＧａＮ含有層とＧａＮ含有層とが交互に配列された構造を有する請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第２半導体層の厚さは、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である請求項１〜１０のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第１半導体層は、ＧａＮ結晶を含み、前記第３電極が前記絶縁膜を介して接する前記ＧａＮ結晶の面は、ＧａＮ結晶のｍ面である請求項１〜１１のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１３】
窒化物半導体を有する第１半導体層と、
前記第１半導体層上に設けられ、前記第１半導体層よりも禁止帯幅が大きく、窒化物半導体を有する第２半導体層と、
前記第２半導体層上に設けられ、前記第２半導体層よりも禁止帯幅が小さく、窒化物半導体を有する第３半導体層と、
前記第２半導体層上に設けられ、前記第３半導体層に接する第１電極と、
前記第２半導体層上に設けられ、前記第３半導体層に接する第２電極と、
前記第１電極接する前記第３半導体層、前記第１電極直下の前記第２半導体層、および前記第１電極直下の前記第１半導体層と、前記第２主電極接する前記第３半導体層、前記第２主電極直下の前記第２半導体層、および前記第２主電極直下の前記第１半導体層と、の間に設けられ、絶縁膜を介して前記第３半導体層、前記第２半導体層、および前記第１半導体層に接し、前記第１電極から第２電極に向かう方向に対して交差する方向に配列され、前記第３半導体層上には設けられていない複数の第３電極と、
隣り合う前記第３電極の間に設けられ、前記第３半導体層、前記第２半導体層、および前記第１半導体層に繋がり、窒化物半導体を有する第５半導体層と、
を備えた半導体装置。
【請求項１４】
窒化物半導体を有する第１半導体層と、
前記第１半導体層上に設けられ、前記第１半導体層よりも禁止帯幅が大きく、窒化物半導体を有する第２半導体層と、
前記第２半導体層上に設けられ、前記第２半導体層よりも禁止帯幅が小さく、窒化物半導体を有する第３半導体層と、
前記第３半導体層上に設けられた第１電極と、
前記第３半導体層上に設けられた第２電極と、
前記第１電極直下の前記第３半導体層、前記第２半導体層、および前記第１半導体層と、前記第２主電極直下の前記第３半導体層、前記第２半導体層、および前記第１半導体層と、の間に設けられ、絶縁膜を介して前記第３半導体層、前記第２半導体層、および前記第１半導体層に接し、前記第３半導体層上には設けられていない第３電極と、
を備えた半導体装置。
【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】
半導体装置の高耐圧、低オン抵抗を実現するには、高い臨界電界を有する材料を用いるのが有効である。窒化物半導体は高い臨界電界強度を有することから、この窒化物半導体を用いることにより、高耐圧、低オン抵抗を実現する半導体装置が得られる。
【０００３】
窒化物半導体装置では、電界がゲート電極の端部、あるいはフィールドプレート電極の端部に集中する場合があり、窒化物半導体が本来持つ高い耐性が有効に活用されていない場合がある。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２０７１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、高耐圧の半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の半導体装置は、窒化物半導体を有する第１半導体層と、前記第１半導体層上に設けられ、前記第１半導体層よりも禁止帯幅が大きく、窒化物半導体を有する第２半導体層と、前記第２半導体層上に設けられ、前記第２半導体層よりも禁止帯幅が小さく、窒化物半導体を有する第３半導体層と、前記第２半導体層上に設けられ、前記第３半導体層に接する第１電極と、前記第２半導体層上に設けられ、前記第３半導体層に接する第２電極と、前記第１電極に接する前記第３半導体層、前記第１電極直下の前記第２半導体層、および前記第１電極直下の前記第１半導体層と、前記第２主電極に接する前記第３半導体層、前記第２主電極直下の前記第２半導体層、および前記第２主電極直下の前記第１半導体層と、の間に設けられ、絶縁膜を介して前記第３半導体層、前記第２半導体層、および前記第１半導体層に接し、前記第３半導体層上には設けられていない第３電極と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１（ａ）は、第１実施形態に係る半導体装置を表す模式的平面図であり、図１（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体装置を表す模式的断面図である。
【図２】図２（ａ）は、参考例に係る半導体装置を表す模式的平面図であり、図２（ｂ）は、参考例に係る半導体装置の電界強度を表す図である。
【図３】図３（ａ）、（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体装置の動作を表す模式的断面図であり、図３（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体装置の電界強度を表す図である。
【図４】図４（ａ）は、第２実施形態に係る半導体装置を表す模式的断面図であり、図４（ｂ）は、第２実施形態に係る半導体装置の動作を表す図である。
【図５】図５（ａ）は、第３実施形態に係る半導体装置を表す模式的断面図であり、図５（ｂ）は、第３実施形態に係る半導体装置のエネルギーバンドを表す図である。
【図６】図６は、第４実施形態に係る半導体装置を表す模式的断面図である。
【図７】図７（ａ）は、第５実施形態に係る半導体装置を表す模式的断面図であり、図７（ｂ）は、ＧａＮ結晶の結晶構造を表す図である。
【図８】図８（ａ）は、第６実施形態に係る半導体装置を表す模式的平面図であり、図８（ｂ）、（ｃ）は、第６実施形態に係る半導体装置を表す模式的平面図である。
【図９】図９は、第８実施形態に係る半導体装置を表す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。
【０００９】
（第１実施形態）  
図１（ａ）は、第１実施形態に係る半導体装置を表す模式的平面図であり、図１（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体装置を表す模式的断面図である。
【００１０】
図１（ａ）、（ｂ）では、ソース電極３０からドレイン電極３１に向かう方向を、例えば、Ｙ方向としている。また、半導体基板１０から半導体層２２に向かう方向を、例えば、Ｚ方方向としている。そして、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向のそれぞれは、交差している。
【００１１】
図１（ｂ）には、図１（ａ）のＡ−Ａ’線における断面が表されている。
【００１２】
第１実施形態に係る半導体装置１は、半導体基板１０と、バッファ層１１と、半導体層２０（第１半導体層）と、半導体層２１（第２半導体層）と、半導体層２２（第３半導体層）と、ソース電極３０（第１電極）と、ドレイン電極３１（第２電極）と、ゲート電極４０（第３電極）と、ゲート絶縁膜４１（絶縁膜）と、を備える。
【００１３】
半導体基板１０は、例えば、シリコン基板である。半導体層２０は、窒化物半導体（例えば、ＧａＮ）を有する。半導体層２０は、半導体領域２０ｕと、半導体領域２０ｐと、を有する。半導体領域２０ｕは、半導体領域２０ｐの上に設けられている。半導体領域２０ｕは、アンドープ（undoped）の窒化物半導体（例えば、ＧａＮ）を有する。半導体領域２０ｐは、窒化物半導体を有する。一例として、半導体領域２０ｐは、ｐ形ＧａＮであるが、必ずしもｐ形である必要はない。半導体基板１０と半導体層２０との間には、バッファ層１１が設けられている。バッファ層１１は、窒化物半導体（例えば、ＧａＮ）を有する。
【００１４】
半導体層２１は、半導体層２０上に設けられている。半導体層２１の禁止帯幅は、半導体層２０の禁止帯幅よりも大きい。半導体層２１は、アンドープの窒化物半導体（例えば、ＡｌＧａＮ）を有する。
【００１５】
半導体層２２は、半導体層２１上に設けられている。半導体層２２の禁止帯幅は、半導体層２１の禁止帯幅よりも小さい。半導体層２２は、窒化物半導体を有する。一例として、半導体層２２は、ｎ形ＧａＮであるが、必ずしもｎ形である必要はない。
【００１６】
ソース電極３０は、半導体層２１上に設けられている。ソース電極３０は、半導体層２２に接している。ドレイン電極３１は、半導体層２１上に設けられている。ドレイン電極３１は、半導体層２２に接している。ソース電極３０とドレイン電極３１とは互いに離れている。
【００１７】
ゲート電極４０は、ソース電極３０が接する半導体層２２、ソース電極３０直下の半導体層２１、およびソース電極３０直下の半導体層２０と、ドレイン電極３１が接する半導体層２２、ドレイン電極３１直下の半導体層２１、およびドレイン電極３１直下の半導体層２０と、の間に設けられている。ゲート電極４０は、ゲート絶縁膜４１を介して半導体層２０、半導体層２１、および半導体層２２に接している。ここで、ゲート電極４０は、半導体層２２上には設けられていない。ソース電極３０、ドレイン電極３１、およびゲート電極４０は、Ｘ方向に延在している。また、ゲート絶縁膜４１は、半導体層２２上にも設けられている。ゲート電極４０の上およびゲート絶縁膜４１の上には、絶縁層５０が設けられている。
【００１８】
窒化物半導体に含まれるｎ形不純物元素は、例えば、Ｓｉ等であり、ｐ形不純物元素は、例えば、Ｍｇ等である。
【００１９】
半導体装置１において、半導体層２０と半導体層２１とはヘテロ接合をしており、半導体層２０と半導体層２１との界面付近に２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が発生する。ここで、半導体層２１の厚さを５ｎｍ以上とすることにより、半導体層２０と半導体層２１との界面付近で分極が生じ、２次元電子ガスが生成する。また、半導体層２１の膜厚の上限値は、エピタキシャル成長の限界膜厚（例えば、５０ｎｍ）とする。
【００２０】
半導体装置１においては、２次元電子ガスがゲート電極４０とゲート絶縁膜４１とによって構成されるトレンチ構造によって分断されている。このため、半導体装置１はいわゆるノーマリーオフの半導体装置になっている。
【００２１】
半導体装置１の動作を説明する前に参考例に係る半導体装置の動作について説明する。
【００２２】
図２（ａ）は、参考例に係る半導体装置を表す模式的平面図であり、図２（ｂ）は、参考例に係る半導体装置の電界強度を表す図である。
【００２３】
図２（ｂ）の横軸は、長さ（Ｌ）であり、縦軸は、電界強度（Ｉ）である。
【００２４】
参考例に係る半導体装置１００においては、半導体基板１０上にバッファ層２２０を介してＧａＮ層２００が設けられている。また、ＧａＮ層２００の上にＡｌＧａＮ層２１０が設けられている。ＧａＮ層２００とＡｌＧａＮ層２１０とはヘテロ接合をしている。これにより、ＧａＮ層２００とＡｌＧａＮ層２１０との界面付近に２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が発生する。
【００２５】
また、半導体装置１００においては、ＡｌＧａＮ層２１０上に、ソース電極３００とドレイン電極３１０とが設けられている。また、ゲート電極４００は、ソース電極３００とドレイン電極３１０との間に設けられている。ゲート電極４００は、ゲート絶縁膜４１０を介してＧａＮ層２００とＡｌＧａＮ層２１０とに接している。
【００２６】
また、半導体装置１００においては、オフ時における電流コラプス現象を防止する対策として、ゲート電極４００の上方に、フィールドプレート電極４００ＦＰが設けている。フィールドプレート電極４００ＦＰは、ゲート電極４００に電気的に接続されている。さらに、フィールドプレート電極４００ＦＰの上方には、フィールドプレート電極３００ＦＰが設けられている。フィールドプレート電極３００ＦＰは、ソース電極３００に電気的に接続されている。そして、半導体装置１００においては、ゲート電極４００、フィールドプレート電極４００ＦＰ、およびフィールドプレート電極３００ＦＰのそれぞれがドレイン電極３１０側に張り出す張り出し構造を有している（矢印Ａで示す部分）。
【００２７】
半導体装置１００においては、ソース・ドレイン間に電圧を印加し、ゲート電極４００に閾値電圧（Ｖｔｈ）以上の電位を印加することにより、ソース電極３００とドレイン電極３１０との間に電流が流れる。
【００２８】
但し、半導体装置１００においては、上述した張り出し構造によって、オフ時には、ゲート電極４００の端部４００Ｅ、フィールドプレート電極４００ＦＰの端部４００ＦＰＥ、フィールドプレート電極３００ＦＰの端部３００ＦＰＥで電界が集中してしまう。
【００２９】
従って、図２（ｂ）に示すように、ゲート電極４００の端部４００Ｅ、フィールドプレート電極４００ＦＰの端部４００ＦＰＥ、およびフィールドプレート電極３００ＦＰの端部３００ＦＰＥで、電界強度はピークを持つことになる。
【００３０】
ここで、ＧａＮ結晶の耐圧限界は、例えば、３ＭＶ（メガボルト）／ｃｍ以上であると言われている。ところが、ゲート・ドレイン間で局所的に電界が強くなると、ゲート・ドレイン間の耐圧が１００Ｖ／μｍ以下にまで下がる場合がある。つまり、参考例のように、張り出し構造を持つ半導体装置では、本来持っているＧａＮ結晶の耐圧特性が十分に生かしきれていない可能性がある。
【００３１】
図３（ａ）、（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体装置の動作を表す模式的断面図であり、図３（ｂ）は、第１実施形態に係る半導体装置の電界強度を表す図である。
【００３２】
半導体装置１の動作について説明する。  
図３（ａ）には、ドレイン電極３１にソース電極３０よりも高い電位を印加し、ゲート電極４０に閾値電圧（Ｖｔｈ）よりも小さい電位（第１の電位）を印加したときの状態が表されている。この場合、ソース電極３０とドレイン電極３１との間には電流が流れない。つまり、オフ状態では、２次元電子ガス（２ＤＥＧ）はトレンチ構造によって分断されたままである。
【００３３】
半導体装置１は、上述した張り出し構造を有していない。このため、ドレイン電極３１からゲート電極４０に向かう電界Ｅは、図中の矢印で示すように、Ｚ方向において均一に分散される。
【００３４】
ここで、オフ状態のときの電界強度を、図３（ｂ）に表す。つまり、半導体装置１では、張り出し構造がないために、電極端部への電界集中が緩和されている。このため、半導体装置１の電界強度は、局所的に強くなるピークを持たず、電界強度分布が参考例に比べてより平坦になる。このように、電界強度分布がより平坦になることから、半導体装置１の耐圧は、ＧａＮ結晶の物性限界で決まるようになる。つまり、参考例に比べて、半導体装置の耐圧は向上する。
【００３５】
次いで、図３（ｃ）に表すように、ドレイン電極３１にソース電極３０よりも高い電位を印加したまま、ゲート電極４０に閾値電圧（Ｖｔｈ）以上の電位（第２の電位）を印加する。この場合、ゲート絶縁膜４１と半導体層２０との界面に沿って電子が誘起される。つまり、ゲート絶縁膜４１と半導体層２０との界面に沿って、チャネル領域が形成される。
【００３６】
従って、ゲートによって分断された２次元電子ガスと、誘起された電子と、が繋がって、ソース電極３０とドレイン電極３１との間に電子電流経路ＥＲＴが形成される。これにより、ソース電極３０とドレイン電極３１との間に電流が流れる。
【００３７】
また、半導体装置１では、その耐圧が高くなることに伴い、Ｙ方向におけるソース電極３０、ゲート電極４０、およびドレイン電極３１のそれぞれの間隔を縮めることができる。これにより、半導体装置の小型化を図ることができる。また、ソース・ドレイン間を縮めることにより、半導体装置のオン抵抗が低減する。
【００３８】
また、半導体装置１によれば、ゲート電極４０がゲート絶縁膜４１を介して接する半導体層２０の一部（半導体領域２０ｐ）の導電形がｐ形になっている。従って、半導体装置１では、半導体層２０の全てがノンドープ層である半導体装置に比べて、ゲート電極４０の閾値電圧（Ｖｔｈ）が上昇する。つまり、第１実施形態では、確実にノーマリーオフとなる半導体装置が実現する。
【００３９】
（第２実施形態）  
図４（ａ）は、第２実施形態に係る半導体装置を表す模式的断面図であり、図４（ｂ）は、第２実施形態に係る半導体装置の動作を表す図である。
【００４０】
図４（ａ）に表す半導体装置２においては、図中に表す領域２ｎの導電形がｎ＋形になっている。領域２ｎは、ソース電極３０直下の半導体層２１および半導体層２０と、ソース電極３０直下の半導体層２１および半導体層２０とゲート電極４０との間の半導体層２１および半導体層２０と、ゲート電極４０直下の半導体層２０と、を含む。このような領域２ｎは、例えば、ｎ形不純物元素を領域２ｎに局所的に注入することにより形成される。
【００４１】
ｎ＋形の領域２ｎは、電子にとって低抵抗な領域となる。また、電子電流経路ＥＲＴの一部は、領域２ｎを通過している。つまり、半導体装置２では、半導体装置１に比べてオン抵抗がさらに低減する。
また、図４（ａ）には、一例として、領域２ｎのみを示したが、ソース電極３０とゲート電極４０との間の半導体層２２がｎ＋形であってもよい。このような領域がｎ＋形になることにより、電子電流経路ＥＲＴの抵抗がさらに低減し、オン抵抗がさらに低くなる。
【００４２】
なお、半導体装置２では、領域２ｎにおいては反転層が形成されず、領域２ｎ以外のゲート絶縁膜４１と半導体層２０との界面に沿ってチャネル（図中のチャネルＣＨ）が形成される。これにより、チャネル領域ＣＨがドレイン電極３１に向き合う構造となり、ドレイン電極３１からチャネル領域ＣＨに向かう電界がチャネル領域ＣＨで分散される。従って、局所的な電界がチャネル領域ＣＨに印加され難くなり、オフリーク電流が確実に抑えられる。
【００４３】
（第３実施形態）  
図５（ａ）は、第３実施形態に係る半導体装置を表す模式的断面図であり、図５（ｂ）は、第３実施形態に係る半導体装置のエネルギーバンドを表す図である。
【００４４】
図５（ａ）には、ゲート電極４０近傍の構造が表されている。図５（ｂ）には、オン時におけるゲート電極４０近傍のエネルギーバンドが表されている。
【００４５】
図５（ａ）に表す半導体装置３においては、ゲート絶縁膜４１と半導体層２０との間に、半導体層２５（第４半導体層）が設けられている。半導体層２５は、窒化物半導体（例えば、ＡｌＧａＮ）を有する。半導体層２５の禁止帯幅は、半導体層２０の禁止帯幅よりも大きい。半導体層２５は、例えば、エピタキシャル成長によって形成される。
【００４６】
半導体装置３によれば、チャネル領域においてもヘテロ接合が形成され、チャネル領域にも２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が発生する。そして、オン時には、ゲート絶縁膜４１と半導体層２５との界面近傍、あるいは半導体層２０と半導体層２５との界面近傍に電子が誘起される。
【００４７】
半導体装置３によれば、チャネル領域における２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が発生により、チャネル領域における電子の閉じ込め効果が半導体装置１、２に比べて増す。これにより、チャネル抵抗がさらに低減し、チャネル領域における電子の移動度がさらに増加する。
【００４８】
（第４実施形態）  
図６は、第４実施形態に係る半導体装置を表す模式的断面図である。
【００４９】
第４実施形態に係る半導体装置４においては、半導体層２０の半導体領域２０ｐ以外の部分が超接合構造（スーパージャンクション構造）を有している。
【００５０】
例えば、半導体層２０の上側の半導体領域２０ｕは、半導体層２０から半導体層２２に向かう方向（Ｚ方向）において、半導体領域２０ｕｎと半導体領域２０ｕｐとが交互に配列された構造を有する。
【００５１】
ここで、半導体領域２０ｕｎは、ｎ形ＧａＮ含有層であり、半導体領域２０ｕｐは、ｐ形ＧａＮ含有層である。あるいは、半導体領域２０ｕｎは、ｎ形ＡｌＧａＮ含有層であり、半導体領域２０ｕｐは、ｐ形ＡｌＧａＮ含有層でもよい。
【００５２】
また、半導体領域２０ｕｎは、ＧａＮ含有層であり、半導体領域２０ｕｐは、ＡｌＧａＮ含有層であってもよい。この場合、ＧａＮ含有層およびＡｌＧａＮ含有層には、不純物元素が導入されていない。しかし、ＧａＮ含有層とＡｌＧａＮ含有層とのヘテロ接合によって、一方が負に帯電し、他方が正に帯電する。つまり、不純物元素を導入せずとも、擬似的にｎ形領域とｐ形領域とがＺ方向に交互に配列されたことになる。
【００５３】
このような超接合構造が設けられることにより、オフ時には、半導体領域２０ｕｎと半導体領域２０ｕｐとの接合部から半導体領域２０ｕｎと半導体領域２０ｕｐとの双方に空乏層が延びる。そして、延びた空乏層が半導体領域２０ｕｎ内および半導体領域２０ｕｐ内で繋がって、半導体領域２０ｕ全域が空乏化する。つまり、オフ時には、ゲート・ドレイン間に電気的な中性な半導体領域２０ｕが安定して存在することになり、半導体装置４の耐圧は、半導体装置１〜３の耐圧に比べてさらに増加する。
【００５４】
なお、超接合構造におけるｎ形ＡｌＧａＮ含有層、ｐ形ＡｌＧａＮ含有層、およびＡｌＧａＮ含有層のそれぞれの厚さは、例えば、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。また、図６では、４層構造の半導体領域２０ｕが表されているが、この層数に限られるものではない。
【００５５】
（第５実施形態）  
図７（ａ）は、第５実施形態に係る半導体装置を表す模式的断面図であり、図７（ｂ）は、ＧａＮ結晶の結晶構造を表す図である。
【００５６】
第５実施形態に係る半導体装置５においては、半導体層２０に含まれるＧａＮ結晶のＣ軸が半導体層２０から半導体層２２に向かう方向（Ｚ方向）に向いている。さらに、ゲート電極４０がゲート絶縁膜４１を介して接するＧａＮ結晶の面がＧａＮ結晶のｍ面になっている。
【００５７】
ここで、ＧａＮ結晶のｍ面は、非極性面である。従って、ｍ面とゲート絶縁膜４１との界面近傍には２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が発生し難いことから、オフリーク電流を確実に抑制できる。
【００５８】
（第６実施形態）  
図８（ａ）は、第６実施形態に係る半導体装置を表す模式的平面図であり、図８（ｂ）、（ｃ）は、第６実施形態に係る半導体装置を表す模式的平面図である。
【００５９】
図８（ａ）には、図８（ｂ）、（ｃ）のＣ−Ｃ’線における断面が表され、図８（ｂ）には、図８（ａ）のＡ−Ａ’線における断面が表され、図８（ｃ）には、図８（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面が表されている。
【００６０】
第６実施形態に係る半導体装置６においては、複数のゲート電極４０がＸ方向に配列されている。隣り合うゲート電極４０の間には、半導体層２７（第５半導体層）が設けられている。半導体層２７は、窒化物半導体（例えば、ＧａＮ）を有する。半導体層２７は、半導体層２２、半導体層２１、および半導体層２０に繋がっている。
【００６１】
半導体装置６によれば、ソース・ドレイン間を流れる電子電流が半導体層２７を経由しても流れる。これにより、オン抵抗がさらに低減する。
【００６２】
（第７実施形態）  
ゲート電極４０の材料は、ポリシリコンのほか、仕事関数がより大きくなる金属材料、仕事関数がより大きくなるダイヤモンド等を選択してもよい。これにより、ゲート電極４０の閾値電圧（Ｖｔｈ）がさらに上昇し、より確実にノーマリーオフとなる半導体装置が実現する。また、半導体層２１は、ＩｎＡｌＧａＮを含んでもよい。ＩｎＡｌＧａＮは、ＡｌＧａＮに比べて分極定数が高い。すなわち、ＩｎＡｌＧａＮを用いれば、半導体層２０と半導体層２１との界面近傍に、より多くの２次元電子ガスが発生する。これにより、オン抵抗がより低減する。
【００６３】
（第８実施形態）  
図９は、第８実施形態に係る半導体装置の模式的断面図である。  
【００６４】
図９に示す半導体装置７においては、ソース電極３０とドレイン電極３１とが半導体層２１、２２に接しているが、図９のように、ソース電極３０とドレイン電極３１とは、半導体層２２の上に設けられてもよい。ゲート電極４０は、ソース電極３０直下の半導体層２２、半導体層２１、および半導体層２０と、ドレイン電極３１直下の半導体層２２、半導体層２１、および半導体層２０と、の間に設けられている。ゲート電極４０は、ゲート絶縁膜４１を介して半導体層２０、半導体層２１、および半導体層２２に接している。このような構造は、上述した半導体装置２〜６にも適用される。
【００６５】
また、半導体装置においては、半導体装置２のような領域２ｎを形成し、ソース電極３０直下の半導体層２２と、ソース電極３０直下の半導体層２２とゲート電極４０との間の半導体層２２と、をさらにｎ＋形にしてもよい。
【００６６】
上記の実施形態では、「部位Ａは部位Ｂの上に設けられている」と表現された場合の「の上に」とは、部位Ａが部位Ｂに接触して、部位Ａが部位Ｂの上に設けられている場合の他に、部位Ａが部位Ｂに接触せず、部位Ａが部位Ｂの上方に設けられている場合との意味で用いられる場合がある。また、「部位Ａは部位Ｂの上に設けられている」は、部位Ａと部位Ｂとを反転させて部位Ａが部位Ｂの下に位置した場合や、部位Ａと部位Ｂとが横に並んだ場合にも適用される場合がある。これは、実施形態に係る半導体装置を回転しても、回転前後において半導体装置の構造は変わらないからである。
【００６７】
以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、実施形態はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、実施形態の特徴を備えている限り、実施形態の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００６８】
また、前述した各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて複合させることができ、これらを組み合わせたものも実施形態の特徴を含む限り実施形態の範囲に包含される。その他、実施形態の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に想到し得るものであり、それら変更例および修正例についても実施形態の範囲に属するものと了解される。
【００６９】
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】
【００７０】
１、２、３、４、５、６、７、１００ 半導体装置、  ２ｎ  領域、  １０ 半導体基板、  １１ バッファ層、  ２０、２１、２２、２５、２７ 半導体層、  ２０ｐ、２０ｕ、２０ｕｎ、２０ｕｐ 半導体領域、  ３０ ソース電極、  ３１ ドレイン電極、  ４０ ゲート電極、  ４１ ゲート絶縁膜、  ５０ 絶縁層、  ２００ ＧａＮ層、  ２１０ ＡｌＧａＮ層、  ３００ ソース電極、  ３００ＦＰ フィールドプレート電極、  ３００ＦＰＥ、４００Ｅ、４００ＦＰＥ 端部、  ３１０ ドレイン電極、  ４００ ゲート電極、  ４００ＦＰ フィールドプレート電極、  ４１０ ゲート絶縁膜、  ＥＲＴ 電子電流経路
【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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