JP2012033772A

JP2012033772A - 半導体装置およびこの半導体装置に用いられる半導体デバイス

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Publication number: JP2012033772A
Application number: JP2010172951A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Honda; 由明本多; Yuichi Inaba; 雄一稲葉
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2012-02-16

Abstract

【課題】オン抵抗を十分なレベルにまで低減させる。
【解決手段】半導体装置は、半導体デバイス１と、制御装置２とを備える。半導体デバイス１において、本体部３では、半導体層３３と第２の半導体層３４とが積層し、半導体層３３と第２の半導体層３４との間の界面の半導体層３３側にチャネル領域３６が形成される。ソース電極４１およびドレイン電極４２は、チャネル領域３６に電気的に接続されるように本体部３の上に離隔して設けられている。ゲート電極４３は、ソース電極４１とドレイン電極４２との間であって第２の半導体層３４の上方に設けられている。制御装置２は、ゲート電極４３へのゲート電圧を調節してチャネル領域３６において電子９１を移動させるとともに、チャネル領域３６において電子９１を移動させているときに、チャネル領域３６のバンドギャップより大きいエネルギーの光を光源５が半導体層３３に照射するように光源５を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、２つの電極の間に流れる電流を制御するための半導体装置およびこの半導体装置に用いられる半導体デバイスに関する。

従来から、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合を用いたＦＥＴタイプのトランジスタが種々開発されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１のトランジスタでは、アンドープＡｌＧａＮ層とアンドープＧａＮ層との間のヘテロ界面においてアンドープＧａＮ層側に二次元電子ガスが発生し、二次元電子が発生した領域をチャネル領域とする。特許文献１のトランジスタは、所定値以上のゲート電圧をゲート電極に印加してチャネル領域に正孔を注入し、電子と正孔との移動度の差を利用して、チャネル領域に上記正孔と同量の電子を引き寄せることによって、ソース電極とドレイン電極との間に電流（ドレイン電流）が流れるようにすることができる。

国際公開第２００７／００７５４８号

しかしながら、従来のトランジスタは、上述のようにしてドレイン電流を流すことができるものの、オン抵抗を十分なレベルにまで低減させることはできなかった。特に大電力用の場合、オン抵抗による損失が大きくなるため、オン抵抗をさらに低減させたいという要望があった。

本発明は上記の点に鑑みて為され、本発明の目的は、オン抵抗を十分なレベルにまで低減させることができる半導体装置およびこの半導体装置に用いられる半導体デバイスを提供することにある。

本発明の半導体装置は、半導体層と前記半導体層の上に積層される他の層とを有し前記半導体層と前記他の層との間の界面の前記半導体層側にチャネル領域が形成される本体部と、前記チャネル領域に電気的に接続されるように前記本体部の上に離隔して設けられた第１の電極および第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間であって前記他の層の上方に設けられた制御電極と、前記半導体層の上方に設けられた光源と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されているときに前記制御電極への印加電圧を調節して前記チャネル領域において伝導電荷を移動させるとともに、前記チャネル領域において前記伝導電荷を移動させているときに、前記チャネル領域のバンドギャップより大きいエネルギーの光を前記光源が前記半導体層に照射するように前記光源を制御する制御装置とを備えることを特徴とする。

この半導体装置において、前記制御装置は、前記光源が前記半導体層に照射する光の照射強度を調節して、前記チャネル領域を移動する前記伝導電荷の量を制御することが好ましい。

この半導体装置において、前記光源は、前記第１の電極と前記制御電極との間の領域および前記第２の電極と前記制御電極との間の領域の少なくとも一方の領域に、前記チャネル領域のバンドギャップより大きいエネルギーの光を照射することが好ましい。

この半導体装置において、前記他の層は前記半導体層とは異種の第２の半導体層であり、前記半導体層と前記第２の半導体層とはヘテロ接合し、前記伝導電荷は電子であることが好ましい。

この半導体装置において、前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記制御電極を複数備えることが好ましい。

この半導体装置において、前記光源はＬＥＤであることが好ましい。

この半導体装置において、前記半導体層および前記ＬＥＤは、ともにワイドバンドギャップの半導体材料で形成されていることが好ましい。

本発明の半導体デバイスは、上記何れかの半導体装置に用いられる半導体デバイスであって、半導体層と前記半導体層の上に積層される他の層とを有し前記半導体層と前記他の層との間の界面の前記半導体層側にチャネル領域が形成される本体部と、前記チャネル領域に電気的に接続されるように前記本体部の上に離隔して設けられた第１の電極および第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間であって前記他の層の上方に設けられた制御電極と、前記半導体層の上方に設けられた光源と、前記光源に接続される光源用電極とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、光を照射することによって半導体層に電子と正孔とのペアを生成させることができる。これにより、本発明では、光を照射しない場合に比べて、チャネル領域を移動する伝導電荷の量を増加させることができるので、チャネル領域を通って２つの電極の間を流れる電流を大きくすることができ、オン抵抗を十分なレベルにまで低減させることができる。

実施形態１に係る半導体装置の概略を示す概略図である。同上に係る半導体装置において、（ａ）は光が照射されていないときのエネルギー図、（ｂ）は光が照射されたときのエネルギー図である。同上に係る半導体装置におけるゲート電圧、光照射強度、電流について、（ａ）は通常時の図、（ｂ）は電流を大きくするときの図、（ｃ）は電流をさらに大きくするときの図である。実施形態２に係る半導体装置の概略を示す概略図である。実施形態３に係る半導体装置の概略を示す概略図である。

以下の実施形態１〜３では、２つの電極の間に流れる電流を制御するための半導体装置およびこれに用いられる半導体デバイスについて説明する。

（実施形態１）
実施形態１に係る半導体装置は、図１に示すように、例えばスイッチ機能または電流増幅機能などを有する半導体デバイス１と、半導体デバイス１の動作を制御する制御装置２とを備えている。

半導体デバイス１は、チャネル領域３６が形成された本体部３と、本体部３の上に離隔して設けられたソース電極４１およびドレイン電極４２と、ソース電極４１とドレイン電極４２との間であって第２の半導体層３４の上方に設けられたゲート電極４３と、光を放射する光源５とを備えている。

本体部３は、基板３１と、基板３１の上に設けられたバッファ層３２と、バッファ層３２の上に設けられた半導体層３３と、半導体層３３の上に設けられた第２の半導体層３４と、第２の半導体層３４の一部の上に設けられたコントロール層３５とを備えている。

基板３１は、例えば（０００１）面を主面とするサファイア基板である。バッファ層３２は、例えばＡｌＮなどで形成された層であり、基板３１の主面上に設けられている。

半導体層３３および第２の半導体層３４は、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）系の材料で形成されている。本実施形態では、半導体層３３にはアンドープＧａＮ層（ｉ−ＧａＮ層）が用いられ、第２の半導体層３４にはアンドープＡｌＧａＮ層（ｉ−ＡｌＧａＮ層）が用いられている。ＧａＮのバンドギャップは３．４ｅＶであり、ＡｌＧａＮのバンドギャップは約５ｅＶである。上記より、第２の半導体層３４は、半導体層３３に比べて、バンドギャップが大きい。

また、半導体層３３および第２の半導体層３４は、ともにワイドバンドギャップの半導体材料（ワイドバンドギャップ半導体）で形成されている。本実施形態におけるワイドバンドギャップとは、Ｓｉのバンドギャップ（１．１ｅＶ）の２倍以上のバンドギャップ（２．２ｅＶ以上）をいう。これにより、半導体層３３および第２の半導体層３４にＳｉを用いた場合に比べて、半導体デバイス１を高耐圧（耐ドレイン電圧）のデバイスにすることができる。本実施形態において、ワイドバンドギャップ半導体とは、例えば周期律表第２周期の軽元素を構成要素とする半導体をいう。

半導体層３３の膜厚は例えば１．５μｍ〜２．５μｍであり、第２の半導体層３４の膜厚は例えば２５ｎｍである。つまり、第２の半導体層３４は、半導体層３３に比べて非常に薄く形成され、光を透過させることができる。

半導体層３３であるアンドープＧａＮ層と第２の半導体層３４であるアンドープＡｌＧａＮ層とはヘテロ接合している。したがって、窒化物半導体の自発分極とピエゾ分極とによって、半導体層３３と第２の半導体層３４との間の界面の半導体層３３側には、２次元電子ガス（２ＤＥＧ：2 Dimension Electron Gas）が発生する。つまり、半導体層３３と第２の半導体層３４との間の界面の半導体層３３側には、電子９１が移動するチャネル領域３６が形成される。電子９１は本発明の伝導電荷に相当する。

コントロール層３５は、ｐ型ＡｌＧａＮ層であり、チャネル領域３６のポテンシャルを持ち上げる。このため、ヘテロ接合界面のエネルギーは、フェルミ準位Ｅ_Ｆよりも高エネルギー側にある。これにより、半導体デバイス１は、ゲート電圧が０Ｖであるときに、チャネル領域３６が空乏化するため、ノーマリオフ型の特性となる。

ソース電極４１およびドレイン電極４２は、チャネル領域３６に電気的に接続されるように本体部３の上に離隔して設けられている。ソース電極４１は本発明の第１の電極に相当し、ドレイン電極４２は本発明の第２の電極に相当する。

ゲート電極４３は、ソース電極４１とドレイン電極４２との間であって第２の半導体層３４およびチャネル領域３６の上方に設けられている。ゲート電極４３は本発明の制御電極に相当する。

上記のような構成の半導体デバイス１（光源５を除く部分）は、横型のＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）構造を有し、リードフレーム３７に接合され、パッケージ８に収納されている。リードフレーム３７の先端には端子部３８が設けられている。端子部３８には制御装置２が接続される。

制御装置２は、ソース電極４１とドレイン電極４２との間に電圧が印加されているときに、ゲート電極４３へのゲート電圧（印加電圧）を調節して、チャネル領域３６において電子９１を移動させる。電子９１の移動度は約１０００ｃｍ^２／Ｖｓであるのに対し、正孔９２（図２参照）の移動度は１０ｃｍ^２／Ｖｓ以下である。本実施形態のようにＧａＮ（半導体層３３）とＡｌＧａＮ（第２の半導体層３４）とのヘテロ接合の界面（チャネル領域）では、電子９１の移動度は２０００ｃｍ^２／Ｖｓ近くに上昇する。制御装置２がゲート電極４３にゲート電圧を印加すると、電子９１は高速にソース電極４１からドレイン電極４２に移動するが、正孔９２の移動は遅い。このため、正孔９２によってさらなる電子９１が供給されることによって、電子濃度を高くすることができ、オン抵抗の改善に繋がる。本実施形態の半導体装置は、電子９１と正孔９２との移動度の差を利用している。

光源５は、フェイスアップ型のＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。光源５は、基板５１と、基板５１の上に設けられたバッファ層５２と、バッファ層５２の上に設けられたｎ型半導体層５３と、ｎ型半導体層５３の上に設けられた発光層（活性層）５４と、発光層５４の上に設けられたｐ型半導体層５５とを備えている。さらに、光源５は、ｐ型半導体層５５の上に設けられた透光性電極５６と、透光性電極５６の一部の上に設けられたｐ型電極５７と、ｎ型半導体層５３の一部の上に設けられたｎ型電極５８とを備えている。

本実施形態の光源５では、各半導体層（ｎ型半導体層５３、発光層５４、ｐ型半導体層５５）の材料として、例えばシリコンカーバイト（ＳｉＣ）を主成分とする材料などワイドバンドギャップ半導体が用いられている。ＳｉＣのバンドギャップは約３．３ｅＶである。これにより、光源５の各半導体層にＳｉを用いた場合に比べて、光源５を高耐圧のデバイスにすることができる。

上記構成の光源５は、リードフレーム６１に接合され、パッケージ８に収納されている。このとき、光源５は、ソース電極４１とゲート電極４３との間の領域およびドレイン電極４２とゲート電極４３との間の領域に光を照射するように、本体部３の上方に位置する。

リードフレーム６１の先端には光源用端子部６２が設けられている。光源用端子部６２には制御装置２が接続される。これにより、光源５は、制御装置２によって点灯制御される。光源用端子部６２は本発明の光源用電極に相当する。

制御装置２は、ゲート電極４３へのゲート電圧を調節して電子９１をチャネル領域３６において移動させているときに、例えば紫外光など、チャネル領域３６のバンドギャップより大きいエネルギーの光を光源５が半導体層３３に照射するように光源５を制御する。

光源５は、制御装置２による制御に従って、ソース電極４１とゲート電極４３との間の領域およびドレイン電極４２とゲート電極４３との間の両方の領域に、チャネル領域３６のバンドギャップより大きいエネルギーの光を照射する。本実施形態では、上述したように半導体層３３がアンドープＧａＮ層であり、半導体層３３のバンドギャップが３．４ｅＶであるため、光源５から放射される光は波長３６４ｎｍ以下の紫外光とする。つまり、波長３６４ｎｍ以下の紫外光を放射するように、光源５は、各層の材料が選択されている。なお、第２の半導体層３４は上述したように薄く形成されているが、光源５から放射された光が第２の半導体層３４で吸収されると、第２の半導体層３４の吸収分だけ半導体層３３に到達する光が小さくなる。したがって、光源５から放射された光が第２の半導体層３４で吸収されることを防止するために、光源５は、半導体層３３のバンドギャップより大きいエネルギーかつ第２の半導体層３４のバンドギャップより小さいエネルギーの光を放射することが好ましい。

続いて、光源５から半導体層３３に光を照射したときのチャネル領域３６の電子濃度について図２を用いて説明する。図２の９３は伝導帯、９４は禁制帯、９５は価電子帯を示し、Ｅ_Ｆはフェルミ準位を示す。図２（ｂ）に示すように、光源５から半導体層３３に光を照射したとき、半導体層３３内で光が吸収され、電子９１が励起して電子９１と正孔９２のペアが生成される。正孔９２は移動度が遅いため、電子９１のみが移動し、残った正孔９２に相当する電子９１が誘発される。これにより、光源５が半導体層３３に光を照射したときは、光を照射していないとき（図２（ａ））に比べて、チャネル領域３６の電子濃度が高くなる。

また、制御装置２は、光源５が半導体層３３に照射する光の照射強度を調節して、チャネル領域３６を移動する電子９１の量を制御する。

制御装置２による照射強度の調節について図３を用いて説明する。まず、光源５が半導体層３３に光を照射しない場合（図３（ａ））、時間ｔ１で制御装置２がゲート電圧をオフ（ＯＦＦ）からオン（ＯＮ）にすると、チャネル領域３６を通ってドレイン電極４２からソース電極４１には電流値Ｉ１のドレイン電流が流れる。その後、時間ｔ２で制御装置２がゲート電圧をオンからオフにすると、ドレイン電流は流れなくなる。

これに対して、図３（ｂ）に示すように光源５が半導体層３３に光を照射する場合、時間ｔ１１で制御装置２がゲート電圧をオフからオンにした後、時間ｔ１２において、光強度ＯＮ１の光を光源５が照射するように制御装置２が光源５を制御すると、ドレイン電極４２からソース電極４１には電流値Ｉ２（Ｉ２＞Ｉ１）のドレイン電流が流れる。オフにする場合、まず、時間ｔ１３で制御装置２が光源５を制御して光の照射を停止させる。その後、時間ｔ１４で制御装置２はゲート電圧をオンからオフにする。

続いて、さらに光源５が光強度の高い光を半導体層３３に照射する場合、図３（ｃ）に示すように時間ｔ２１で制御装置２がゲート電圧をオフからオンにした後、時間ｔ２２において、光強度ＯＮ２の光を光源５が照射するように制御装置２が光源５を制御すると、ドレイン電極４２からソース電極４１には電流値Ｉ３（Ｉ３＞Ｉ２）のドレイン電流が流れる。オフにする場合、まず、時間ｔ２３で制御装置２が光源５を制御して光の照射を停止させる。その後、時間ｔ２４で制御装置２はゲート電圧をオンからオフにする。

上記のようにして、光の照射強度を調節することによって、ドレイン電流の大きさを変えることができる。

なお、制御装置２は、光源５から光を放射させるタイミングを、ゲート電圧をオフからオンにするタイミングと同じにしてもよい。また、制御装置２は、光の放射を停止するタイミングを、ゲート電圧をオンからオフにするタイミングと同じにしてもよい。

以上、本実施形態の半導体装置によれば、２次元電子ガスが発生するチャネル領域３６では、電子９１の移動度が高くなる。また、本実施形態の半導体装置では、半導体層３３がＧａＮ層であり、第２の半導体層３４がＡｌＧａＮ層であるため、チャネル領域３６の電子濃度が高い。その結果、本実施形態の半導体装置では、オン抵抗を小さくすることができる。

さらに、本実施形態の半導体装置によれば、チャネル領域３６に電子９１が流れているときに、チャネル領域３６のバンドギャップより大きいエネルギーの光を光源５が半導体層３３（チャネル領域３６を含む）に照射することによって、半導体層３３に電子９１と正孔９２とのペアを生成させることができる。これにより、本実施形態の半導体装置では、光を照射しない場合に比べて、チャネル領域３６を移動する電子９１の量を増加させることができるので、チャネル領域３６を通ってドレイン電極４２からソース電極４１に流れる電流を大きくすることができ、オン抵抗をさらに低減させることができる。その結果、オン抵抗を十分なレベルに低減させることができる。

また、本実施形態の半導体装置によれば、光の照射強度を変更することによって、チャネル領域３６を通ってドレイン電極４２からソース電極４１に流れる電流を変更することができる。例えば、光の照射強度を上げることによって、チャネル領域３６を通ってドレイン電極４２からソース電極４１に流れる電流を大きくすることができる。

さらに、本実施形態の半導体装置によれば、ソース電極４１とゲート電極４３との間の領域およびドレイン電極４２とゲート電極４３との間の領域、つまり電極（ソース電極４１、ドレイン電極４２、ゲート電極４３）のない領域に、チャネル領域のバンドギャップより大きいエネルギーの光を照射することによって、半導体層３３を直接励起することができる。その結果、本実施形態の半導体装置では、高効率で、チャネル領域３６を通ってドレイン電極４２からソース電極４１に流れる電流の大容量化およびオン抵抗の低減を実現することができる。

また、本実施形態の半導体装置によれば、半導体デバイス１が横型のＨＥＭＴ構造であるため、伝導電荷である電子９１の移動度を上げることができる。本実施形態の半導体装置では、電子９１と正孔９２の移動度差を利用して、チャネル領域３６を通ってドレイン電極４２からソース電極４１に流れる電流の大容量化およびオン抵抗の低減をさらに図ることができる。

さらに、本実施形態の半導体装置によれば、光源５としてＬＥＤを用いることによって、光源５を小型にすることができるので、半導体デバイス１（本体部３、ソース電極４１、ドレイン電極４２、ゲート電極４３）および光源５を同一のパッケージ８内に収納することができる。その結果、本体部３と光源５との間の位置合わせのばらつきを低減させたり、ノイズおよび汚れに強く、信頼性を高めたりすることができる。

また、本実施形態の半導体装置によれば、本体部３および光源５の各半導体層がワイドバンドギャップの半導体材料（ワイドバンドギャップ半導体）で形成されていることによって、オン抵抗が比較的低くかつ大電流にも対応可能であって高耐圧の半導体装置（パワーデバイス）を実現することができる。

（実施形態２）
実施形態２に係る半導体装置は、ソース電極同士が接続された２つのスイッチに等価な双方向スイッチである点で、実施形態１に係る半導体装置と相違する。以下、本実施形態の半導体装置について図４を用いて説明する。なお、実施形態１の半導体装置と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の半導体デバイス１は、ソース電極４１およびドレイン電極４２に代えて、図４に示すように２つのドレイン電極４４，４５を離隔して備えている。さらに、本実施形態の半導体デバイス１は、ドレイン電極４４とドレイン電極４５との間に、複数（図示例では２個）のゲート電極４６，４７を備えている。各ゲート電極４６，４７については、実施形態１と同様に、ゲート電極４６，４７と第２の半導体層３４との間にコントロール層３５が設けられている。本実施形態のドレイン電極４４は本発明の第１の電極に相当し、本実施形態のドレイン電極４５は本発明の第２の電極に相当する。本実施形態の各ゲート電極４６，４７はそれぞれ本発明の制御電極に相当する。

次に、本実施形態の半導体装置の動作について説明する。まず、ゲート電極４６およびゲート電極４７の電圧がノード４８に対して０Ｖである場合、ドレイン電極４４とドレイン電極４５との間に電流は流れない。

一方、ゲート電極４６およびゲート電極４７の各電圧をノード４８の電位を基準として閾値電圧よりも高くした場合、ドレイン電極４４とドレイン電極４５との間には双方向に電流が流れる。

上記のようにドレイン電極４４とドレイン電極４５との間に双方向に電流が流れているときに、制御装置２が光源５を制御して光源５が半導体層３３に光を照射すると、半導体層３３内では、光が吸収され、電子９１が励起して電子９１と正孔９２のペアが生成される。正孔９２は移動度が遅いため、電子９１のみが移動し、残った正孔９２に相当する電子９１が誘発される。これにより、実施形態２の半導体装置においても、光源５が半導体層３３に光を照射したときは、光を照射していないときに比べて、チャネル領域３６の電子濃度が高くなる。

以上、本実施形態の半導体装置によれば、複数のゲート電極４６，４７を備えて交流対応の双方向スイッチとして用いた場合であっても、チャネル領域３６を通って２つのドレイン電極４４，４５間に流れる電流を大きくすることができ、オン抵抗を十分なレベルに低減させることができる。

なお、実施形態１，２の変形例として、第２の半導体層３４は、ｎ型のＡｌＧａＮ層であってもよいし、ＡｌＮ／ＡｌＧａＮまたはＡｌＮ／ＧａＮを主成分とする多層膜構造であってもよい。本変形例の場合、半導体層３３はアンドープＧａＮ層のままである。

また、実施形態１，２の他の変形例として、半導体層３３は、アンドープＧａＮ層ではなく、アンドープＧａＡｓ層であり、第２の半導体層３４は、アンドープＡｌＧａＮ層ではなく、アンドープＡｌＧａＡｓ層であってもよい。

さらに、半導体層３３および第２の半導体層３４は、ＳｉＣを主成分とする薄膜層であってもよい。

また、半導体層３３および第２の半導体層３４（第２の半導体層３４／半導体層３３）は、例えばｎ型のＡｌＧａＡｓ（ｎ−ＡｌＧａＡｓ）／ＧａＡｓ、ｎ型のＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ、ｎ−ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ、Ｓｉ／ＳｉＧｅなどであってもよい。

また、実施形態１，２の半導体デバイス１はノーマリオフ型の特性を有しているが、実施形態１，２の変形例として、半導体デバイス１はノーマリオン型の特性を有していてもよい。本変形例の場合、半導体デバイス１はコントロール層３５を省略すればよい。

さらに、実施形態１，２の変形例として、光源５は、ソース電極４１とゲート電極４３との間の領域およびドレイン電極４２とゲート電極４３との間の領域の何れか一方の領域のみに、チャネル領域３６のバンドギャップより大きいエネルギーの光を照射するようにしてもよい。

（実施形態３）
実施形態３に係る半導体装置は、半導体デバイス１がＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor）である点で、実施形態１に係る半導体装置と相違する。以下、本実施形態の半導体装置について図５を用いて説明する。なお、実施形態１の半導体装置と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の半導体デバイス１は、本体部３に代えて、図５に示すように本体部７を備えている。

本体部７は、半導体基板７１と、半導体基板７１の一部の上に設けられた酸化物層７２と、酸化物層７２の上に設けられた金属層７３とを備えている。

半導体基板７１は、例えばｐ型のシリコン基板などである。半導体基板７１には、高純度の不純物がイオン注入されてｎ型の半導体になったソース領域７４およびドレイン領域７５が形成される。酸化物層７２は、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）などである。金属層７３は、光を透過する電極（透明電極または光の透過が可能な極薄電極）であり、例えば多結晶シリコンまたはアルミニウムなどである。半導体基板７１は本発明の半導体層に相当し、酸化物層７２は本発明の他の層に相当する。

本実施形態のソース電極４１はソース領域７４の上に設けられ、本実施形態のドレイン電極４２はドレイン領域７５の上に設けられている。本実施形態のゲート電極４３は、金属層７３の上に設けられている。

本実施形態の半導体装置は、制御装置２がゲート電極４３に正電圧を印加した場合、半導体基板７１のソース領域７４とドレイン領域７５との間にｎ型領域つまりチャネル領域７６が形成される。これにより、チャネル領域７６を電子９１が移動し、ドレイン電極４２からソース電極４１に電流が流れる。

上記のようにドレイン電極４２からソース電極４１に電流が流れているときに、制御装置２が光源５を制御して光源５が半導体基板７１（チャネル領域７６を含む）に光を照射すると、半導体基板７１内では、光が吸収され、電子９１が励起して電子９１と正孔９２のペアが生成される。正孔９２は移動度が遅いため、電子９１のみが移動し、残った正孔９２に相当する電子９１が誘発される。これにより、実施形態３の半導体装置においても、光源５が半導体基板７１に光を照射したときは、光を照射していないときに比べて、チャネル領域７６の電子濃度が高くなる。

以上、本実施形態の半導体装置によれば、半導体デバイス１がＭＯＳＦＥＴであっても、チャネル領域７６に電子９１が流れているときに、チャネル領域７６のバンドギャップより大きいエネルギーの光を光源５が半導体基板７１に照射することによって、半導体基板７１に電子９１と正孔９２とのペアを生成させることができる。これにより、本実施形態の半導体装置では、光を照射しない場合に比べて、チャネル領域７６を移動する電子９１の量を増加させることができるので、チャネル領域７６を通ってドレイン電極４２からソース電極４１に流れる電流を大きくすることができ、オン抵抗を十分なレベルに低減させることができる。

なお、本実施形態の変形例として、半導体基板７１は、シリコンではなく、ワイドバンドギャップ半導体であるシリコンカーバイト（ＳｉＣ）であってもよい。本変形例の場合、半導体基板７１がワイドバンドギャップ半導体であることによって、オン抵抗が比較的低くかつ大電流にも対応可能であって高耐圧のＭＯＳＦＥＴを実現することができる。

以上、種々の実施形態および変形例について説明したが、本発明は、これらの実施形態および変形例の具体的内容には限定されない。本発明は、横型の構造（素子）であって、他の層と積層する半導体層に光を照射したときに、この半導体層で電子９１と正孔９２とのペアが生成される構成であれば、適用することができる。

１半導体デバイス
２制御装置
３本体部
３３半導体層
３４第２の半導体層（他の層）
３６チャネル領域
４１ソース電極（第１の電極）
４２ドレイン電極（第２の電極）
４３，４６，４７ゲート電極（制御電極）
４４ドレイン電極（第１の電極）
４５ドレイン電極（第２の電極）
５光源
６２光源用端子部（光源用電極）
７本体部
７１半導体基板（半導体層）
７２酸化物層（他の層）
７６チャネル領域
９１電子

Claims

半導体層と前記半導体層の上に積層される他の層とを有し前記半導体層と前記他の層との間の界面の前記半導体層側にチャネル領域が形成される本体部と、
前記チャネル領域に電気的に接続されるように前記本体部の上に離隔して設けられた第１の電極および第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間であって前記他の層の上方に設けられた制御電極と、
前記半導体層の上方に設けられた光源と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されているときに前記制御電極への印加電圧を調節して前記チャネル領域において伝導電荷を移動させるとともに、前記チャネル領域において前記伝導電荷を移動させているときに、前記チャネル領域のバンドギャップより大きいエネルギーの光を前記光源が前記半導体層に照射するように前記光源を制御する制御装置と
を備えることを特徴とする半導体装置。
前記制御装置は、前記光源が前記半導体層に照射する光の照射強度を調節して、前記チャネル領域を移動する前記伝導電荷の量を制御することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
前記光源は、前記第１の電極と前記制御電極との間の領域および前記第２の電極と前記制御電極との間の領域の少なくとも一方の領域に、前記チャネル領域のバンドギャップより大きいエネルギーの光を照射することを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
前記他の層は前記半導体層とは異種の第２の半導体層であり、
前記半導体層と前記第２の半導体層とはヘテロ接合し、
前記伝導電荷は電子である
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置。
前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記制御電極を複数備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の半導体装置。
前記光源はＬＥＤであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体装置。
前記半導体層および前記ＬＥＤは、ともにワイドバンドギャップの半導体材料で形成されていることを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
請求項１〜７の何れか１項に記載の半導体装置に用いられる半導体デバイスであって、
半導体層と前記半導体層の上に積層される他の層とを有し前記半導体層と前記他の層との間の界面の前記半導体層側にチャネル領域が形成される本体部と、
前記チャネル領域に電気的に接続されるように前記本体部の上に離隔して設けられた第１の電極および第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間であって前記他の層の上方に設けられた制御電極と、
前記半導体層の上方に設けられた光源と、
前記光源に接続される光源用電極と
を備えることを特徴とする半導体デバイス。