JP2006303031A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 オン電圧が低いノーマリオフ型の半導体装置を提供する。
【解決手段】 ヘテロ接合を有する半導体の一方の主面（５）上に形成された第１の電極（７）は、一方の主面（５）の上方から見て、第２の電極（８）と第３の電極（９）との間に配置されており、前記半導体の一方の主面（５）における第１の電極（７）が形成されている部位には、複数の凹部（６ａ）が形成されており、該凹部（６ａ）から隣の凹部（６ａ´）へ向かう方向は、第２の電極（８）から第３の電極（９）へ向かう方向に交差していることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置、特に「ノーマリオフ」特性を有する半導体装置に関する。また、本発明は、比較的オン電圧が低く、さらに「ノーマリオフ」特性を有する半導体装置に関する。

結晶の歪みによって生じる２次元キャリア層（２次元電子ガス層あるいは２次元ホールガス層）を利用した半導体装置が多く利用されている。特に、窒化物系化合物半導体は、他の半導体材料であるシリコンやＧａＡｓなどに比べて、結晶の歪みが大きく、ヘテロ界面近傍に発生する２次元キャリア（２次元電子ガスあるいは２次元ホールガス）は高濃度となる。そこで、窒化物系化合物半導体を利用した開発が盛んに行われている。また、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＩｎＧａＮに代表されるIII−Ｖ族窒化物系化合物半導体は、禁制帯幅が大きく、且つ高温動作に優れている。また、従来のシリコンやＧａＡｓを材料とした半導体装置に比べ、窒化物系化合物半導体を利用した半導体装置は低いオン電圧が得られる。このことからIII−Ｖ族窒化物系化合物半導体材料を用いた発光ダイオード及びレーザダイオードなどの発光素子、フォトダイオード及びフォトトランジスタなどの受光素子、バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）、電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ）、高移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）などのスイッチング素子が開発されている。（特許文献１参照）。
特開２００３−５９９４８号公報

ＡｌＧａＮ／ＧａＮ等のヘテロ界面を有し、ヘテロ界面近傍に発生する２次元キャリアを利用した特許文献１に代表される窒化物系化合物半導体装置（図７参照）は、図２の点線のような電圧−電流特性を示す。すなわち、２次元キャリアを利用した半導体装置は、通常の状態であるゲート・ソース間電圧がゼロボルトのときにオン状態となる「ノーマリオン」型のスイッチング素子となる。「ノーマリオン」型のスイッチング素子は、電源投入時における電源電圧と制御信号のタイミングなどで制御が不安定となり易い。例えば、従来の「ノーマリオン」型のスイッチング素子を電源回路のスイッチング用半導体素子として用いた場合、電源電圧と制御信号のタイミングでショートする恐れがあるため、ショート防止回路などが必要となり、コストアップ及び実装面積の増加を招く。

また、図７に示すような窒化物系化合物半導体装置において、ＡｌＧａＮからなる第１の半導体層３を薄くすると、電流通路である２次元キャリア層（４ａ）のキャリア濃度が低くなる。さらに、２次元キャリア層（４ａ）はゲート電極７から広がる空乏層によって狭まっていく（さらには断絶される）。その結果、ゲート・ソース間電圧がほぼゼロボルトのときにオフ状態となり、「ノーマリオン」の特性を「ノーマリオフ」の特性に近づけることができる。しかしながら、ゲート電極（７）の底面部位を薄くすると、２次元キャリア層（４ａ）の２次元キャリア濃度が低くなってしまい、オン電圧が高くなるという不都合が生じてしまう。この理由について具体的に説明する。例えば、図７に示す半導体装置において、ＧａＮからなる第２の半導体層（４）上に格子緩和せずにＡｌＧａＮからなる第１の半導体層（３）を成長させると、格子定数差により第１の半導体層（３）が引張歪みを受けた状態となる。この引張歪みによって生ずる分極電界により、第１の半導体層（３）と第２の半導体層（４）との界面付近の伝導帯（Ｅｃ）のエネルギーバンド図は図３の点線で示すエネルギーバンド図となり、第１の半導体層（３）と第２の半導体層（４）との界面（１１）の近傍に高濃度の２次元キャリアが誘発される。第１の半導体層（３）を薄くすると、引張歪みによって生ずる分極電界が弱まり、２次元キャリアの濃度が減少する。電流は抵抗値の小さい誘発された高濃度の２次元キャリアを流れようとするので、第１の半導体層（３）を薄くすると、「ノーマリオフ」の特性に近づくが、半導体装置のオン電圧は逆に増大してしまう。また、近年、更なるオン電圧の低いノーマリオフ型の半導体装置が望まれている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、「ノーマリオフ」特性を有する半導体装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、比較的オン電圧が低く、さらに「ノーマリオフ」特性を有する半導体装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決し、上記目的を達成するための本発明は、一方の主面（５）を有する第１の半導体からなる第１の半導体層（３）と、前記第１の半導体層（３）と第２の半導体からなる第２の半導体層（４）とは、前記第１の半導体層（３）の一方の主面（５）に対向する面でヘテロ接合されており、前記第１の半導体層（３）と前記第２の半導体層（４）との界面（１１）近傍に２次元キャリアが発生し、一方の主面（５）上に形成された第１の電極（７）は、制御電極として機能し、前記一方の主面（５）の上方から見て、前記第１の電極（７）は第２の電極（８）と第３の電極（９）との間に配置されており、前記一方の主面（５）に複数の凹部が形成されており、前記複数の凹部は、前記第２の電極（８）から前記第３の電極（９）へ向かう方向に対して、横切るように繰り返し配置されており、第１の電極（７）は、前記複数の凹部をまたがるように形成されていることを特徴とする半導体装置に係るものである。

また、請求項２に示すように、前記第１の半導体と前記第２の半導体とは、ともに窒化物系化合物半導体からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置であることが望ましい。

また、請求項３に示すように、前記第２の半導体層（４）は、前記第１の半導体層（３）よりもバンドギャップエネルギーの小さいことを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の半導体装置であることが望ましい。

また、請求項４に示すように、前記複数の凹部は、前記界面（１１）よりも深く形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置であることが望ましい。

また、請求項５に示すように、前記複数の凹部を含むように切断した断面において、前記複数の凹部はほぼ矩形波形状となっており、前記複数の凹部における凹部（６ａ）の側面から、隣の凹部（６ａ´）の、該凹部（６ａ）に対向する側面までの幅（ｙ１）は、該凹部（６ａ）の底面の幅（ｙ２）よりも大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置であることが望ましい。

また、請求項６に示すように、前記複数の凹部を含むように切断した断面において、前記複数の凹部の各凹部の側面が一方の主面に向かって末広がりであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置であることが望ましい。

また、請求項７に示すように、前記第１の電極（７）は、前記第１の半導体層（３）に対してショットキー接合を有していることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置であることが望ましい。

また、請求項８に示すように、前記第１の電極（７）と前記一方の主面（５）との間に絶縁膜を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置であることが望ましい。

また、請求項９に示すように、「ノーマリオフ」型の動作をすることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体装置であることが望ましい。

本願各請求項の発明は次の効果を有する。請求項１の発明によれば、第１の半導体層（３）の一方の主面（５）に形成された複数の凹部が形成されており、複数の凹部をまたがるように第１の電極（７）が形成されており、第１の電極（７）によって複数の凹部及び複数の凹部の各凹部で挟まれる凸部（６ｂ）直下に連続して空乏層（２０）を発生させることができる。さらに、第１の電極（７）の、複数の凹部の各凹部の上の側面及び底面から広がる空乏層（２０）によって、２次元キャリア層を狭める（さらには２次元キャリア層を断絶する）ことができ、良好な「ノーマリオフ」型の半導体装置を提供することができる。

また、請求項１の発明によれば、複数の凹部を形成したことによって、各凹部の直下近傍の第１の半導体層（３）の厚みは薄いため、２次元キャリアの濃度は低いが、各凹部の直下近傍を除く２次元キャリアの濃度は、従来の半導体装置と同じく高濃度を維持している。複数の凹部は、前記第２の電極（８）から前記第３の電極（９）へ向かう方向に対して、横切るように繰り返し配置されており、複数の凹部の上に第１の電極（７）が配置されている。つまり、第１の電極（７）直下において、複数の凹部の各凹部直下近傍における２次元キャリア濃度が低い領域と、それ以外の２次元キャリア濃度が高い領域とが第２の電極（８）から第３の電極（９）へ流れる電流通路（第２の電極（８）から第３の電極（９）へ向かう方向）に対して繰り返し交互に誘発されている。換言すれば、第２の電極（８）と第３の電極（９）との間に、２次元キャリアの濃度が高くオン抵抗の低い領域と、２次元キャリア濃度が低くオン抵抗の高い領域とが、並列となるように形成されている。その結果、複数の凹部を形成したことよるオン電圧の増加を抑制することができる。

以上の事柄により、請求項１の発明によれば、第１の半導体層（３）を全面的に薄くすることなく、良好な「ノーマリオフ」特性を得ることができる。特に、本発明によれば、比較的オン電圧の低い、良好な「ノーマリオフ」型の半導体装置を提供することができる。また、複数の凹部にまたがるように第１の電極（７）が形成されているので、第１の電極（７）と第１の半導体層（３）との接触面積が広くなり、第１の電極（７）と第１の半導体層（３）との密着性を向上することもできる。

さらに、請求項２の発明によれば、第１の半導体と前記第２の半導体とは、ともに窒化物系化合物半導体からなるので、第１の半導体層（３）と第２の半導体層（４）との界面近傍に自発分極とピエゾ（圧電）分極によって高濃度の２次元キャリアが発生する。よって、オン電圧が低い「ノーマリオフ」型の半導体装置を提供することができる。

さらに、請求項３の発明によれば、第２の半導体層（４）は第１の半導体層（３）よりもバンドギャップエネルギーが小さいので、第２の半導体層（４）の近傍に高濃度の２次元キャリアが形成し、オン電圧を抑制することができる。よって、オン電圧が低い「ノーマリオフ」型の半導体装置を提供することができる。

さらに、請求項４の発明によれば、ヘテロ接合の界面（１１）よりも深く複数の凹部が形成され、その凹部の底面と側面に第１の電極（７）が設けられているので、複数の凹部と第１の電極（７）から広がる空乏層（２０）とによって第２の電極（８）と第３の電極（９）とを繋ぐ２次元キャリアの電気的接続を良効に分断することができる。よって、オン電圧が低い「ノーマリオフ」型の半導体装置を提供することができる。

さらに、請求項５の発明によれば、複数の凹部を含むように切断した断面において、複数の凹部における凹部（６ａ）の側面から隣の凹部（６ａ´）の、凹部（６ａ）に対向する側面までの幅（ｙ１）は、凹部（６ａ）の底面の幅（ｙ２）よりも大きいので、２次元キャリアの低減を抑制することでオン電圧を低く抑えることができ、凹部の上に形成された第１の電極（７）から広がる良好な空乏層（２０）によって「ノーマリオフ」型の半導体装置を提供することができる。

さらに、請求項６の発明によれば、複数の凹部を含むように切断した断面において、複数の凹部の各凹部の側面が一方の主面に向かって末広がりとなるように形成されており、複数の凹部の各凹部の底面近傍について空乏層（２０）を滑らかに形成することができる。また、各凹部の底面の面積を最小限に抑制することによって、２次元キャリアの低減を抑制し、オン電圧を低く抑えた、「ノーマリオフ」型の半導体装置を提供することができる。

さらに、請求項７の発明によれば、第１の電極（７）は、第１の半導体層（３）に対してショットキー接合を有しており、比較的オン電圧の低い良好な「ノーマリオフ」特性を有するショットキー接合型の半導体装置を提供することができる。

さらに、請求項８の発明によれば、第１の電極（７）と一方の主面（５）との間に絶縁膜を有しており、比較的オン電圧が低い「ノーマリオフ」特性を有するＭＩＳ型の半導体装置を提供することができる。

また、請求項９の発明によれば、例えば、第１の電極（７）がゲート電極、第２の電極（８）がソース電極、第３の電極がドレイン電極をなしており、良好な「ノーマリオフ」特性を示す半導体装置を提供することができる。

次に、本発明の実施形態に係る半導体装置として窒化物系化合物半導体を有してなるＨＥＭＴを例に挙げて説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を示す模式図であり、図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の斜視図、図１（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置において一方の主面（５）に形成された複数の凹部を含むように（図１（ａ）の部位ＡＡで縦方向に）切断した断面図の一部を示したものである。第１の実施形態の半導体装置は、シリコン（Ｓｉ）基板（１）と、シリコン（Ｓｉ）基板（１）の上に形成された窒化物系化合物半導体からなる緩衝層（バッファ層）（２）と、緩衝層（２）の上に形成された窒化物系化合物半導体からなる第２の半導体層（４）と、第２の半導体層（４）の上に形成された窒化物系化合物半導体からなる第１の半導体層（３）とを有している。

第１の半導体層（３）と第２の半導体層（４）との界面（１１）はヘテロ接合となっており、界面（１１）の近傍に２次元キャリアが集まった２次元キャリア層（４ａ）が発生している。

第１の半導体層（３）と第２の半導体層（４）との界面（１１）に対向する、第１の半導体層（３）の一方の主面（５）には、エッチングにて形成された複数の凹部（凹部（６ａ）と凹部（６ａ）の隣の凹部（６ａ´）とを構成要素として含み、繰り返し形成された凹部）を有している。さらに、複数の凹部をまたがるように、第１の半導体層（３）とショットキー接合を有するゲート電極（７）とを有している。換言すれば、一方の主面（５）には、凹部（６ａ）と隣の凹部（６ａ´）に挟まれた凸部（６ｂ）とからなる凹凸を繰り返し有しており、凹部（６ａ）の底面から側面、凸部（６ｂ）の上面、さらに隣の凹部（６ａ´）の側面から底面へと延伸するように、第１の半導体層に対してショットキー接合を有するゲート電極（７）が形成されている。

また、一方の主面（５）上には、ソース電極（第２の電極）（８）と、ドレイン電極（第３の電極）（９）とを有している。なお、一方の主面（５）の上方から見て、ソース電極（８）とドレイン電極（９）とはゲート電極（７）を挟むように形成されている。

また、凹部（６ａ）から隣の凹部（６ａ´）へ向かう方向（凹部（６ａ）から凸部（６ｂ）を通り隣の凹部（６ａ´）へ向かう方向：図１（ｂ）の左右方向）は、ソース電極（８）からドレイン電極（９）へ向かう方向（ソース電極（８）からドレイン電極（９）に電流が流れる経路の方向（Ｍ）：図１（ａ）の左右方向）に対して横切るように延伸している。

ちなみに、横切るように延伸しているとは、凹部（６ａ）から隣の凹部（６ａ´）に向かう方向は、ソース電極（８）からドレイン電極（９）に向かう方向に対して平行でない状態であって、例えば各々の方向を含む面同士が交差する関係であればよい。

一方の主面（５）に複数の凹部を形成すると、凹部（例えば、凹部（６ａ））直下近傍の第１の半導体層（３）の結晶の歪みが減少し、凹部直下の界面（１１）近傍に発生する２次元キャリア層（４ａ）の２次元キャリア濃度が低下するので、凹部近傍の伝導帯（Ｅｃ）のエネルギーバンドは図３の実線で示すようになる。本発明の第１の実施形態に係る半導体装置において、複数の凹部の上に形成されたゲート電極（７）は、複数の凹部をまたがるように形成されており、ゲート電極（７）は、ソース電極（８）からドレイン電極（９）へ向かう方向に対して、横切るように延伸している。つまり、２次元キャリア層（４ａ）において、２次元キャリア濃度の高い領域と２次元キャリア濃度の低い領域が、ソース電極（８）からドレイン電極（９）へ流れる電流通路に対して並列に繰り返し順番となるように形成されている。よって、複数の凹部直下近傍の２次元キャリア層（４ａ）の２次元キャリア濃度の低下を抑制し、比較的低いオン電圧を有することができる。

また、図４は、空乏層（２０）の広がり状態を複数の凹部を含むように図１（ａ）の部位ＡＡにおいて縦方向に切断した部分断面図である。図４で示すように、複数の凹部の上に形成されたゲート電極（７）の底面と側面そして凸部（６ｂ）の上面から連続して空乏層（２０）が広がる。ソース電極（８）とドレイン電極（９）との電気的接続を遮断できるように、複数の凹部及び複数の凹部の凹部（６ａ）と隣の凹部（６ａ´）に挟まれた凸部（６ｂ）を決定することが望ましい。

以上の事柄を踏まえ、オン電圧が低い「ノーマリオフ」型の半導体装置を提供するために、複数の凹部を含むように切断した図１（ａ）の部位ＡＡにおける縦方向の部分断面において、複数の凹部がほぼ矩形波形状となるように形成された場合、複数の凹部における凹部（６ａ）の側面から隣の凹部（６ａ´）の、凹部（６ａ）に対向する側面までの幅（ｙ１）は、凹部（６ａ）の底面の幅（ｙ２）よりも大きいことが望ましい。

また、前記第２の半導体層（４）は、前記第１の半導体層（３）よりもバンドギャップの小さいことが望ましい。このように形成することによって、第２の半導体層（４）は第１の半導体層（３）よりもバンドギャップが小さいので、第２の半導体層（４）の近傍に高濃度の２次元キャリア層（４ａ）が発生し、オン電圧を低くすることができる。例えば、窒化物系化合物半導体からなる第１の半導体層（３）をＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮとし、（第１の半導体層（３）の下に形成される）窒化物系化合物半導体からなる第２の半導体層（４）をＡｌ_ＹＧａ_１−ＹＮとした時、
Ｘ＞Ｙ≧０
となるように各半導体層を形成することが望ましい。つまり、第１の半導体層（３）のＡｌ含有率を第２の半導体層（４）のＡｌ含有率に比べて大きくすることが望ましい。

ただし、第１の半導体層と第２の半導体層は、界面（１１）近傍に２次元キャリア層（４ａ）を発生することができる半導体材料であればよく、Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮやＡｌ_ＡＩｎ_BＧａ_{１−Ａ−Ｂ}Ｎのような窒化物系化合物半導体以外に、例えばヒ化ガリウム系（ＡｓＧａ系）のような半導体材料を用いることもできる。しかしながら、第１の半導体と前記第２の半導体を窒化物系化合物半導体で形成すると、自発分極とピエゾ（圧電）分極によって第１の半導体層（３）と第２の半導体層（４）との界面近傍に高濃度の２次元キャリアを発生させることができる。よってオン電圧が低い「ノーマリオフ」型の半導体装置を提供することができる。

以上の事柄により、第１の実施形態の半導体装置は、オン電圧が低い「ノーマリオフ」型の半導体装置とすることができる。すなわち、第１の実施形態の半導体装置は、図２の実線のような電圧−電流特性を得ることができ、その実線の傾斜を急峻にすることができる。

逆に、凹部（６ａ）から隣の凹部（６ａ´）へ向かう方向（ゲート電極（７）が延伸する方向）がソース電極（８）からドレイン電極（９）へ向かう方向に対して平行に延伸している場合、２次元キャリア層（４ａ）の２次元キャリア濃度の高い領域と２次元キャリア濃度の低い領域がソース電極（８）からドレイン電極（９）へ流れる電流通路に対して直列かつ繰り返し形成されるので、本発明に示す効果は得られない。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置において、一方の主面（５）に形成された複数の凹部を含むように縦方向に切断した、主要部を示す部分断面図である。図５において、第１の実施形態の半導体装置における構成要素と同一のものは同一符号を付けている。第２の実施形態の半導体装置における、第１の実施形態の半導体装置との相違点は、第２の実施形態の半導体装置において複数の凹部がヘテロ接合の界面（１１）よりも深く形成され、第１の電極（７）の、複数の凹部上に形成された凹部の底面がヘテロ接合の界面（１１）に達するように形成されている点である。このような構成により、２次元キャリア層（４ａ）を分断するようにゲート電極（７）を配置することができる。さらに、ゲート電極（７）の凹部（６ａ）の側面及び底面からの空乏層（２０）の広がりとゲート電極（７）における隣の凹部（６ａ）の側面及び底面からの空乏層（２０）の広がりとが互いに重なるように連続的に発生し、２次元キャリア層（４ａ）の電気的接続を良好に遮断することができる。したがって、第２の実施形態の半導体装置は、第１の実施形態の半導体装置よりもオン電圧が低く、さらに「ノーマリオフ」型の半導体装置を提供することができる。

（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置において、一方の主面（５）に形成された複数の凹部を含むように縦方向に切断した、主要部を示す部分断面図である。図６において、第１の実施形態の半導体装置の構成要素と同一のものには同一符号を付けている。第３の実施形態の半導体装置における第１の実施形態の半導体装置との相違点は、第３の実施形態の半導体装置において複数の凹部の各凹部の側面が一方の主面（５）に向かって末広がりとなっており、凹部（６ａ）の側面が傾斜状になっている点である。このような構成によって、第１の電極（３）の凹部の底面及び側面から広がる空乏層（２０）と第１の電極（３）の凸部から広がる空乏層（２０）とが連続的に且つ滑らかに発生し、２次元キャリア層（４ａ）の電気的接続を良好に遮断することができる。さらに、凹部（６ａ）の側面を傾斜状にすることによって、複数の凹部直下近傍の２次元キャリア層（４ａ）の２次元キャリア濃度の低下を抑制し、比較的低いオン電圧を有することができる。よって、第３の実施形態の半導体装置は、さらにオン電圧が低く、「ノーマリオフ」型の半導体装置を提供することができる。

（その他の実施形態）
上記第１から第３の実施形態の半導体装置は、以下に述べる構造に変形してもよい。上記第１から第３の実施形態の半導体装置において、ドレイン電極（９）及びソース電極（８）が接する第１の半導体層（３）との界面が低抵抗接触となるように、第１の半導体層（３）とドレイン電極（９）及びソース電極（８）との間に、第１の半導体層（３）と異なる半導体からなるコンタクト層を挟んでもよい。また、上記第１から第３の実施形態の半導体装置のゲート電極（７）を、第１の半導体層（３）に対してショットキー特性となる構造から、ゲート電極（７）と第１の半導体層（３）との間に薄い高抵抗な絶縁膜を挟んだＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造へ変更してもよい。

また、上記第１から第３実施形態では、本発明に係る半導体装置の構成要素としてシリコン（Ｓｉ）基板（１）を例に挙げたが、サファイア基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＮ基板、又は炭化珪素基板（ＳｉＣ基板）を用いてもよい。

また、凸部（６ｂ）の上面をエッチングして、凸部（６ｂ）の上に形成したゲート電極（７）の位置がゲート電極（７）を設けていない一方の主面（５）の位置よりも深い（低い）位置であっても良い。凸部（６ｂ）の上面をエッチングしすぎると、凸部（６ｂ）直下近傍の２次元キャリア濃度は減少し、オン電圧は増加してしまうが、本発明の効果を得ることはできる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の半導体装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。また、凹部（６ａ）と隣の凹部（６ａ´）は本発明の実施形態について説明するために区別したものであって、凹部（６ａ）と隣の凹部（６ａ´）とが区別できない同一形状であっても良い。

本発明は、スイッチング素子構造を有する各種の半導体装置に有用である。すなわち、本発明は、電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、高移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）などの半導体装置に適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る半導体装置を示す模式図である。 同上の半導体装置などの電圧−電流特性を示す図である。 同上の半導体装置などの伝導帯（Ｅｃ）のエネルギーバンドを示す図である。 同上の半導体装置において空乏層（２０）の発生状態を示す部分断面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体装置を示す部分断面図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体装置を示す部分断面図である。 従来の半導体装置の一例を示す断面図である。

符号の説明

１…基板、２…緩衝層、３…第１の半導体層、４…第２の半導体層、４ａ…２次元キャリア層、５…一方の主面、６ａ…凹部、６ｂ…凸部、７…ゲート電極（第１の電極）、８…ソース電極（第２の電極）、９…ドレイン電極（第３の電極）、１１…界面（ヘテロ接合の界面）

Claims (9)

1. 一方の主面（５）を有する第１の半導体からなる第１の半導体層（３）と、
   前記第１の半導体層（３）と第２の半導体からなる第２の半導体層（４）とは、前記第１の半導体層（３）の一方の主面（５）に対向する面でヘテロ接合されており、
   前記第１の半導体層（３）と前記第２の半導体層（４）との界面（１１）近傍に２次元キャリアが発生し、
   一方の主面（５）上に形成された第１の電極（７）は、制御電極として機能し、
   前記一方の主面（５）の上方から見て、前記第１の電極（７）は第２の電極（８）と第３の電極（９）との間に配置されており、
   前記一方の主面（５）に複数の凹部が形成されており、
   前記複数の凹部は、前記第２の電極（８）から前記第３の電極（９）へ向かう方向に対して、横切るように繰り返し配置されており、
   第１の電極（７）は、前記複数の凹部をまたがるように形成されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記第１の半導体と前記第２の半導体とは、ともに窒化物系化合物半導体からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第２の半導体層（４）は、前記第１の半導体層（３）よりもバンドギャップエネルギーの小さいことを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の半導体装置。
4. 前記複数の凹部は、前記界面（１１）よりも深く形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置。
5. 前記複数の凹部を含むように切断した断面において、
   前記複数の凹部はほぼ矩形波形状となっており、
   前記複数の凹部における凹部（６ａ）の側面から、隣の凹部（６ａ´）の、該凹部（６ａ）に対向する側面までの幅（ｙ１）は、該凹部（６ａ）の底面の幅（ｙ２）よりも大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置。
6. 前記複数の凹部を含むように切断した断面において、
   前記複数の凹部の凹部の側面が一方の主面に向かって末広がりであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置。
7. 前記第１の電極（７）は、前記第１の半導体層（３）に対してショットキー接合を有していることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
8. 前記第１の電極（７）と前記一方の主面（５）との間に絶縁膜を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
9. 「ノーマリオフ」型の動作をすることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
   

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