WO2017051529A1 - 半導体装置 - Google Patents

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貴大 大堀
文智 井腰
優人 山際
柳原　学
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    • H01L29/861—Diodes

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device, and particularly to a semiconductor device provided with a protection element.
  • the nitride semiconductor is composed of a compound of a group III element boron (B), indium (In), aluminum (Al) or gallium (Ga) and a group V element nitrogen (N).
  • B a group III element boron
  • In indium
  • Al aluminum
  • Ga gallium
  • N group V element nitrogen
  • gallium nitride is excellent in high pressure resistance because its band gap is 3.4 eV and about 3 times larger than that of silicon (Si). Therefore, the element size can be reduced, and the on-resistance during operation can be reduced. Therefore, by using a bidirectional switch made of a compound semiconductor for the matrix converter, conduction loss can be reduced, and a highly efficient AC power-AC power conversion circuit can be realized.
  • a bidirectional switch using a compound semiconductor has a limitation of a surge breakdown voltage of the gate electrode.
  • a metal-semiconductor type and a junction type are generally used as a gate structure. Both the metal-semiconductor type and the junction type are highly resistant to surges in which a positive bias is applied to the gate electrode and a negative bias is applied to the ohmic electrode. It has low resistance to surges that apply bias.
  • the resistance to both positive and negative surges between the two gate electrodes of the bidirectional switch is weak. For this reason, in a bidirectional switch using a compound semiconductor, it can be said that there is a trade-off between miniaturization of element size and high surge resistance.
  • Patent Document 1 As a method for improving the surge resistance of a gate electrode in a bidirectional switch using a compound semiconductor, it has been studied to newly provide a transistor for surge protection (see, for example, Patent Document 1).
  • the surge resistance between the gate electrode and the ohmic electrode can be improved, but the surge resistance between the two gate electrodes cannot be improved.
  • a semiconductor device includes a bidirectional switch element, a first protection element, and a second protection element
  • the bidirectional switch element includes: An n-type first compound semiconductor layer formed on a first substrate; a first electrode and a second electrode formed on the first compound semiconductor layer; the first electrode; A first gate electrode formed between the second electrode and a second gate electrode formed between the first gate electrode and the second electrode; The voltage between the first gate electrode and the second gate electrode controls conduction between the first electrode and the second electrode, and the first protective element is formed on the second substrate.
  • N-type second compound semiconductor layer, and third and fourth electrodes formed on the second compound semiconductor layer An electrode, and a third gate electrode formed between the third electrode and the fourth electrode, and the third electrode and the fourth electrode at a voltage of the third gate electrode.
  • the second protective element is disposed on the third compound semiconductor layer and the n-type third compound semiconductor layer formed on the third substrate. And a fourth gate electrode formed between the fifth electrode and the sixth electrode, and the voltage of the fourth gate electrode.
  • the sum of the breakdown voltage between any of the fifth electrode and the fourth gate electrode and the sixth electrode is the first electrode and It is equal to or higher than the maximum allowable applied voltage between any electrode of the first gate electrode, the second electrode, and any electrode of the second gate electrode, and the first gate electrode and the second gate electrode
  • the second gate electrode is Schottky junction or pn junction to the first compound semiconductor layer
  • the third gate electrode is Schottky junction or pn junction to the second compound semiconductor layer
  • the gate electrode is a Schottky junction or a pn junction with the third compound semiconductor layer
  • the first electrode is electrically connected to the third gate electrode, and the first gate electrode is 3,
  • the second electrode is electrically connected to the fourth gate electrode, the second gate electrode is electrically connected to the fifth electrode
  • the fourth electrode is the sixth electrode It is electrically connected to the electrode.
  • the first protection element and the second protection element function as a protection element against a surge voltage applied to the bidirectional switch element.
  • a semiconductor device includes a bidirectional switch element and a protection element, and the bidirectional switch element is an n-type first compound semiconductor formed on a first substrate.
  • the protective element includes an n-type fourth compound semiconductor layer formed on a second substrate, and the fourth compound semiconductor layer. Formed on the seventh electrode and the eighth electrode, and between the seventh electrode and the eighth electrode.
  • the conduction between the seventh electrode and the eighth electrode is controlled by the voltage of the electrode, the seventh electrode or the fifth gate electrode of the protection element, the eighth electrode or the
  • the withstand voltage between the two electrodes between the sixth gate electrode is the first electrode or the first gate electrode of the bidirectional switch element and the second electrode or the second gate electrode.
  • the first gate electrode and the second gate electrode are Schottky junction or pn junction to the first compound semiconductor layer, and
  • the fifth gate electrode and the sixth gate electrode are formed of the first gate electrode.
  • the first electrode is electrically connected to the fifth gate electrode, and the second electrode is electrically connected to the sixth gate electrode.
  • the first gate electrode is electrically connected to the seventh electrode, and the second gate electrode is electrically connected to the eighth electrode.
  • the protection element functions as a protection element against a surge voltage applied to the bidirectional switch element.
  • the semiconductor device of the present invention it is possible to improve surge resistance between the first gate electrode and the second gate electrode of the bidirectional switch element.
  • FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing the semiconductor device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a sectional view showing the semiconductor device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is an equivalent circuit diagram showing the semiconductor device according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is a sectional view showing a semiconductor device according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is an equivalent circuit diagram showing a semiconductor device according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 7 is an equivalent circuit diagram showing the semiconductor device according to the third embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the semiconductor device according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is an equivalent circuit diagram showing the semiconductor device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing the semiconductor device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a sectional view showing the semiconductor device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is an equivalent circuit diagram showing the semiconductor device according to
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 11 is an equivalent circuit diagram showing a semiconductor device according to a modification of the fourth embodiment.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a modification of the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing a semiconductor device 1 according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the semiconductor device 1 according to the first embodiment.
  • the semiconductor device 1 according to the present embodiment includes a first bidirectional switch element 102, a first field effect transistor element 202, and a second field effect transistor element 302. Consists of.
  • the first bidirectional switch element 102 shown in FIGS. 1 and 2 establishes conduction between the first ohmic electrode 116 and the second ohmic electrode 118, the first gate electrode 112 and the second gate electrode 114.
  • the bidirectional switch element is controlled by
  • the first field effect transistor element 202 and the second field effect transistor element 302 are a first protection element and a second protection element that protect the first bidirectional switch element 102, respectively.
  • a channel layer 106 made of undoped GaN having a thickness of 1 to 2 ⁇ m and a barrier layer made of undoped AlGaN having a thickness of 50 nm are formed on a substrate 104 made of silicon. 108 are formed in this order.
  • “undoped” means that impurities are not intentionally introduced, and impurities such as carbon may be introduced unintentionally. At that time, the carbon impurity concentration is desirably 1 ⁇ 10 14 cm ⁇ 3 or less.
  • the barrier layer 108 When the barrier layer 108 is deposited on the channel layer 106, a high-concentration two-dimensional electron gas is generated at the bonding interface due to spontaneous polarization or piezoelectric polarization, and the first channel region 110, the second channel region 204, and the second channel region 3 channel regions 304 are formed.
  • Al a Ga 1-a N (where 0 ⁇ a ⁇ 1) is used as the material of the channel layer 106, and Al b Ga 1-b N (where 0 ⁇ b ⁇ 1, b) as the material of the barrier layer 108. > A).
  • b 0
  • the second channel region 204 is separated by providing the first channel region 110 and the first element isolation region 206.
  • the third channel region 304 is separated from the first channel region 110 and the second channel region 204 by providing the second element isolation region 306.
  • the first element isolation region 206 and the second element isolation region 306 may be formed by implanting ions such as boron or iron into the channel layer 106 and the barrier layer 108.
  • a first ohmic electrode 116 (first electrode), a second ohmic electrode 118 (second electrode), The first gate electrode 112 formed between the first ohmic electrode 116 and the second ohmic electrode 118, and the first gate electrode 112 formed between the first gate electrode 112 and the second ohmic electrode 118.
  • Two gate electrodes 114 are respectively formed. Note that the first ohmic electrode 116 and the second ohmic electrode 118 only need to form an ohmic junction with the first channel region 110 and may be provided with a recess.
  • the first ohmic electrode 116 and the second ohmic electrode 118 may be a stacked body in which one or more metals such as Ti, Al, Mo, and Hf are combined.
  • the first bidirectional switch element 102 using the first channel region 110 as a channel is realized.
  • the first gate electrode 112, the second gate electrode 114, the first ohmic electrode 116, and the second ohmic electrode 118 are respectively a first external gate terminal 122, a second external gate terminal 124, and a first The external ohmic terminal 126 and the second external ohmic terminal 128 are connected via a wiring 132, a wiring 134, a wiring 136, and a wiring 138.
  • a third ohmic electrode 214 (third electrode) and a fourth ohmic electrode 216 (fourth electrode) are formed on the channel layer 106 (n-type second compound semiconductor layer) including the barrier layer 108. Electrode) and a third gate electrode 212 formed between the third ohmic electrode 214 and the fourth ohmic electrode 216, respectively.
  • the third ohmic electrode 214 and the fourth ohmic electrode 216 need only form an ohmic junction with the second channel region 204 and may be provided with a recess.
  • the third ohmic electrode 214 and the fourth ohmic electrode 216 may be a laminated body in which one or more metals such as Ti, Al, Mo, and Hf are combined. As described above, the first field effect transistor element 202 using the second channel region 204 as a channel is realized.
  • a fifth ohmic electrode 314 (fifth electrode) and a sixth ohmic electrode 316 (sixth electrode) are formed on the channel layer 106 (n-type third compound semiconductor layer) including the barrier layer 108.
  • the fifth ohmic electrode 314 and the sixth ohmic electrode 316 need only form an ohmic junction with the third channel region 304 and may be provided with a recess.
  • the fifth ohmic electrode 314 and the sixth ohmic electrode 316 may be a stacked body in which one or more metals such as Ti, Al, Mo, and Hf are combined.
  • the second field effect transistor element 302 using the third channel region 304 as a channel is realized.
  • the first ohmic electrode 116 is connected to the third gate electrode 212 through the wiring 140.
  • the first gate electrode 112 is connected to the third ohmic electrode 214 via the wiring 142.
  • the second ohmic electrode 118 is connected to the fourth gate electrode 312 via the wiring 144.
  • the second gate electrode 114 is connected to the fifth ohmic electrode 314 through the wiring 146.
  • the fourth ohmic electrode 216 is electrically connected to the sixth ohmic electrode 316 through the wiring 148.
  • first ohmic electrode 116 or the first gate electrode 112, the second ohmic electrode 118, or the second gate electrode 114 in the first bidirectional switch element 102 shown in FIGS. Vmax is the maximum allowable applied voltage between any of the above.
  • the breakdown voltage between either the third ohmic electrode 214 or the third gate electrode 212 and the fourth ohmic electrode 216 is Vb1
  • the second field effect transistor element is Vb2.
  • Vmax Vb1 + Vb2 (Formula 1)
  • the first bidirectional switch element 102, the first field effect transistor element 202, and the second field effect transistor element 302 are designed so as to satisfy this relationship. By designing in this way, the first field effect transistor element 202 and the second field effect transistor element 302 have no influence on the normal switching operation of the first bidirectional switch element 102.
  • the allowable maximum applied voltage Vmax of the first bidirectional switch element 102 here is the maximum voltage that can be applied to the element during normal switching operation, and is lower than the breakdown voltage of the element.
  • the breakdown voltage is designed to be about 1000 V.
  • the values of Vb1 and Vb2 it is necessary to design the first bidirectional switch element 102 to have a breakdown voltage equal to or higher than 1000V.
  • the distance between the third gate electrode 212 and the fourth ohmic electrode 216 in the first field effect transistor element 202, and the second field effect transistor element 302 The sum of the distances between the fourth gate electrode 312 and the sixth ohmic electrode 316 is equal to or greater than the distance between the first gate electrode 112 and the second gate electrode 114 of the first bidirectional switch element 102. It is preferable to make it. This is because in a field effect transistor using GaN, the breakdown voltage is almost proportional to the distance between the electrodes.
  • the first gate electrode 114 is connected to the second gate electrode 114 through the first external gate terminal 122 and the second external gate terminal 124.
  • a positive surge is applied to the first gate electrode 112.
  • the potential of the third gate electrode 212 serving as the floating electrode rises, and the first field-effect transistor element. 202 is turned on. Therefore, the positive surge current applied to the first gate electrode 112 flows to the fourth ohmic electrode 216 through the third ohmic electrode 214.
  • the surge current that has flowed to the fourth ohmic electrode 216 is a fourth gate electrode 312 that is a floating electrode due to capacitive coupling with the sixth ohmic electrode 316 connected to the fourth ohmic electrode 216. Increase the potential. Therefore, the second field effect transistor element 302 is turned on. Therefore, the surge current that has flowed to the fourth ohmic electrode 216 can flow to the second gate electrode 114 through the sixth ohmic electrode 316 and the fifth ohmic electrode 314.
  • the surge current that has flowed up to the sixth ohmic electrode 316 is a third gate electrode 212 that is a floating electrode due to capacitive coupling with the fourth ohmic electrode 216 connected to the sixth ohmic electrode 316. Increase the potential. Therefore, the first field effect transistor element 202 is turned on. Therefore, the surge current that has flowed to the sixth ohmic electrode 316 can flow to the first gate electrode 112 through the fourth ohmic electrode 216 and the third ohmic electrode 214.
  • the positive and negative surge voltages generated between the first gate electrode 112 and the second gate electrode 114 can be reduced.
  • the third gate electrode 212 is preferably a material having a function of flowing current from the third gate electrode 212 toward the second channel region 204.
  • the surge resistance to which a positive bias is applied to the first ohmic electrode 116 between the first gate electrode 112 and the first ohmic electrode 116 is improved, and the second gate electrode 114 With respect to the first ohmic electrode 116, it is possible to improve the resistance to a surge in which a positive bias is applied to the first ohmic electrode 116.
  • the first ohmic contact between the first gate electrode 112 and the first ohmic electrode 116 of the first bidirectional switch element 102 is passed through the first external gate terminal 122 and the first external ohmic terminal 126.
  • a positive surge is applied to the electrode 116.
  • the first field effect transistor element 202 since the first field effect transistor element 202 has a function of flowing a current from the third gate electrode 212 toward the second channel region 204, the first field effect transistor element 202 is applied to the first ohmic electrode 116.
  • the positive surge can flow from the third gate electrode 212 to the first gate electrode 112 through the third ohmic electrode 214.
  • the second external gate terminal 124 and the first external ohmic terminal 126 are used to Consider a case where a positive surge is applied to the ohmic electrode 116.
  • the first field effect transistor element 202 since the first field effect transistor element 202 has a function of flowing a current from the third gate electrode 212 toward the second channel region 204, the first field effect transistor element 202 is applied to the first ohmic electrode 116.
  • the positive surge can cause a surge current to flow from the third gate electrode 212 to the fourth ohmic electrode 216.
  • the surge current that has flowed up to the fourth ohmic electrode 216 causes the potential of the fourth gate electrode 312 that is a floating electrode to be capacitively coupled to the sixth ohmic electrode 316 connected to the fourth ohmic electrode 216. Raise. Therefore, the second field effect transistor element 302 is turned on. Therefore, the surge current that has flowed to the fourth ohmic electrode 216 can flow to the second gate electrode 114 through the sixth ohmic electrode 316 and the fifth ohmic electrode 314. From the above, it is possible to improve the resistance to surge that applies a positive bias to the first ohmic electrode 116 between the second gate electrode 114 and the first ohmic electrode 116.
  • the third gate electrode 212 is one or a combination of two or more metals such as Ti, Al, Ni, Pt, Pd, Au, Mo, and Hf that form a Schottky junction with the barrier layer 108.
  • a stack or a p-type semiconductor is formed on the channel layer 106 side, and a stack of one or a combination of two or more metals such as Ti, Al, Ni, Pt, Pd, Au, Mo, and Hf is deposited thereon. You just have to be your body.
  • the fourth gate electrode 312 is preferably a material having a function of flowing a current from the fourth gate electrode 312 to the third channel region 304.
  • the surge resistance to which a positive bias is applied to the second ohmic electrode 118 is improved, and the first gate electrode 112 and Between the second ohmic electrode 118 and the second ohmic electrode 118, it is possible to improve the resistance to surge applied to the second ohmic electrode 118.
  • the second ohmic terminal is passed through the second external gate terminal 124 and the second external ohmic terminal 128.
  • a positive surge is applied to the electrode 118.
  • the second field-effect transistor element 302 has a function of flowing a current from the fourth gate electrode 312 to the third channel region 304, and thus the second ohmic electrode 118 is connected to the second ohmic electrode 118.
  • the applied positive surge can flow from the fourth gate electrode 312 to the second gate electrode 114 through the fifth ohmic electrode 314. From the above, it is possible to improve the resistance to surge that applies a positive bias to the second ohmic electrode 118 between the second gate electrode 114 and the second ohmic electrode 118.
  • the first external gate terminal 122 and the second external ohmic terminal 128 are used for the second operation.
  • the second field-effect transistor element 302 has a function of flowing a current from the fourth gate electrode 312 to the third channel region 304, and thus the second ohmic electrode 118 is connected to the second ohmic electrode 118.
  • the applied positive surge can cause a surge current to flow from the fourth gate electrode 312 to the sixth ohmic electrode 316.
  • the surge current that has flowed to the sixth ohmic electrode 316 causes the potential of the third gate electrode 212 that is a floating electrode due to capacitive coupling with the fourth ohmic electrode 216 connected to the sixth ohmic electrode 316. Raise. Therefore, the first field effect transistor element 202 is turned on. That is, the surge current that has flowed to the sixth ohmic electrode 316 can flow to the first gate electrode 112 through the fourth ohmic electrode 216 and the third ohmic electrode 214. From the above, it is possible to improve the resistance to surge that applies a positive bias to the second ohmic electrode 118 between the first gate electrode 112 and the second ohmic electrode 118.
  • the fourth gate electrode 312 is a Schottky junction with the barrier layer 108, for example, a combination of one or more metals such as Ti, Al, Ni, Pt, Pd, Au, Mo, and Hf.
  • a stack or a p-type semiconductor is formed on the channel layer 106 side, and a stack of one or a combination of two or more metals such as Ti, Al, Ni, Pt, Pd, Au, Mo, and Hf is deposited thereon. You just have to be your body.
  • the first gate electrode 112 is preferably a material having a function of flowing current from the first gate electrode 112 toward the first channel region 110.
  • the surge resistance to which a positive bias is applied to the first gate electrode 112 between the first gate electrode 112 and the first ohmic electrode 116 is improved, and the first gate electrode 112 With respect to the second ohmic electrode 118, it is possible to improve the resistance to a surge in which a positive bias is applied to the first gate electrode 112.
  • the first gate is passed through the first external gate terminal 122 and the first external ohmic terminal 126.
  • a positive surge is applied to the electrode 112.
  • the first bidirectional switch element 102 since the first bidirectional switch element 102 has a function of flowing a current from the first gate electrode 112 toward the first channel region 110, the first bidirectional switch element 102 is applied to the first gate electrode 112.
  • the positive surge can flow from the first gate electrode 112 to the first ohmic electrode 116.
  • the first external gate terminal 122 and the second external ohmic terminal 128 are used between the first gate electrode 112 and the second ohmic electrode 118 of the first bidirectional switch element 102.
  • the first bidirectional switch element 102 has a function of flowing a current from the first gate electrode 112 toward the first channel region 110, and the second gate electrode 114 is a floating electrode. It has become. For this reason, the surge current applied to the first gate electrode 112 can flow to the second ohmic electrode 118.
  • the first gate electrode 112 is a Schottky junction with the barrier layer 108, for example, a combination of one or more metals such as Ti, Al, Ni, Pt, Pd, Au, Mo, and Hf.
  • a stack or a p-type semiconductor is formed on the channel layer 106 side, and a stack of one or a combination of two or more metals such as Ti, Al, Ni, Pt, Pd, Au, Mo, and Hf is deposited thereon. You just have to be your body.
  • the second gate electrode 114 is preferably a material having a function of flowing a current from the second gate electrode 114 toward the first channel region 110.
  • the surge resistance to applying a positive bias to the second gate electrode 114 is improved, and the second gate electrode 114 With respect to the first ohmic electrode 116, it is possible to improve the resistance to a surge in which a positive bias is applied to the second gate electrode 114.
  • the second gate is interposed between the second gate electrode 114 and the second ohmic electrode 118 of the first bidirectional switch element 102 through the second external gate terminal 124 and the second external ohmic terminal 128.
  • a positive surge is applied to the electrode 114.
  • the first bidirectional switch element 102 since the first bidirectional switch element 102 has a function of flowing a current from the second gate electrode 114 toward the first channel region 110, the first bidirectional switch element 102 is applied to the second gate electrode 114.
  • the positive surge can flow from the second gate electrode 114 to the second ohmic electrode 118.
  • the second external gate terminal 124 and the first external ohmic terminal 126 are passed through the second gate electrode 114 and the first external ohmic terminal 126.
  • the first bidirectional switch element 102 has a function of flowing a current from the second gate electrode 114 toward the first channel region 110, and the first gate electrode 112 is a floating electrode. It has become. Therefore, the surge current applied to the second gate electrode 114 can flow to the first ohmic electrode 116. As described above, it is possible to improve the resistance to surge that applies a positive bias to the second gate electrode 114 between the second gate electrode 114 and the first ohmic electrode 116.
  • the second gate electrode 114 is a Schottky junction with the barrier layer 108, for example, a combination of one or more metals such as Ti, Al, Ni, Pt, Pd, Au, Mo, and Hf.
  • a stack or a p-type semiconductor is formed on the channel layer 106 side, and a stack of one or a combination of two or more metals such as Ti, Al, Ni, Pt, Pd, Au, Mo, and Hf is deposited thereon. You just have to be your body.
  • the first field effect transistor element 202 and the second field effect transistor element 302 are preferably normally-off type. That is, the third gate electrode 212 and the fourth gate electrode 312 form a depletion layer from the third gate electrode 212 and the fourth gate electrode 312 toward the substrate 104 in the barrier layer 108 and the channel layer 106. Material.
  • the first bidirectional switch element 102 may be a normally-off type. That is, the first gate electrode 112 and the second gate electrode 114 form a depletion layer in the barrier layer 108 and the channel layer 106 from the first gate electrode 112 and the second gate electrode 114 toward the substrate 104. Material. In this way, when the semiconductor device 1 is applied as a power switching element, even if the gate drive circuit fails, accidents such as a short circuit can be prevented and the safety of the device can be ensured.
  • the electrode manufacturing process in the first field effect transistor element 202 and the second field effect transistor element 302 may be the same as that of the first bidirectional switch element 102. In this way, the manufacturing process can be simplified.
  • the first field effect transistor element 202 and the second field effect transistor element 302 may have a smaller element size than the first bidirectional switch element 102. By doing so, an increase in parasitic capacitance of the first bidirectional switch element 102 can be suppressed by the first field effect transistor element 202 and the second field effect transistor element 302 which are newly added.
  • the element size of the first field effect transistor element 202 and the second field effect transistor element 302 is preferably about 1/100 compared to the element size of the first bidirectional switch element 102.
  • the channel layer 106 and the barrier layer 108 in the first field effect transistor element 202 and the second field effect transistor element 302 are different from the channel layer 106 and the barrier layer 108 in the first bidirectional switch element 102, respectively. It is good. That is, the first field effect transistor element 202 and the second field effect transistor element 302 may each be a semiconductor element made of a material different from that of the first bidirectional switch element 102 while using the substrate 104 in common.
  • the substrate 104 (second substrate) in the first field effect transistor element 202 and the substrate 104 (third substrate) in the second field effect transistor element 302 are respectively substrates in the first bidirectional switch element 102.
  • the substrate may be different from 104 (first substrate), and may be manufactured in a different manufacturing process using a separated substrate.
  • the substrate 104 made of silicon, for example, a sapphire substrate, a SiC substrate, a GaN substrate, or the like may be used.
  • FIG. 3 is an equivalent circuit diagram showing the semiconductor device 2 according to the second embodiment
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the semiconductor device 2 according to the second embodiment.
  • FIG. 3 and FIG. 4 the same components as those in FIG. 1 and FIG.
  • a first voltage composed of a high resistance element is provided in the current path from the third ohmic electrode 214 to the first gate electrode 112.
  • a drop element 402 is arranged, and a second voltage drop element 502 made of a high resistance element is arranged in a current path from the fifth ohmic electrode 314 to the second gate electrode 114.
  • Other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • an electrode 414 and an electrode 416 are formed on the channel layer 106 including the barrier layer 108, respectively, and constitute a first voltage drop element 402 that flows in the fourth channel region 404.
  • an electrode 514 and an electrode 516 are formed on the channel layer 106 including the barrier layer 108, respectively, and form the second voltage drop element 502 that flows through the fifth channel region 504.
  • the fourth channel region 404 is a two-dimensional high-concentration generated at the junction interface between the channel layer 106 and the barrier layer 108, as in the first channel region 110, the second channel region 204, and the third channel region 304. It is formed by electron gas.
  • the fourth channel region 404 is separated from the first channel region 110, the second channel region 204, and the third channel region 304 by providing the third element isolation region 406.
  • the fifth channel region 504 is provided with a first channel region 110, a second channel region 204, a third channel region 304, a fourth channel region 404, and a fourth element isolation region 506.
  • the third element isolation region 406 and the fourth element isolation region 506 may be formed by implanting ions such as boron or iron into the channel layer 106 and the barrier layer 108.
  • the first voltage drop element 402 is inserted into the current path from the third ohmic electrode 214 to the first gate electrode 112 in the first embodiment.
  • the electrode 414 and the electrode 416 are connected to the third ohmic electrode 214 and the first gate electrode 112 through a wiring 432 and a wiring 434, respectively.
  • at least one of the electrode 414 and the electrode 416 may be connected to the fourth channel region 404 with high resistance.
  • at least one of the electrode 414 and the electrode 416 is formed with an insulator such as silicon nitride or silicon oxide on the channel layer 106 side, and one or more metals such as Ti, Al, Mo, and Hf are formed thereon.
  • the electrode that is not connected to the fourth channel region 404 with high resistance may be a stacked body in which one or more metals such as Ti, Al, Mo, and Hf are combined. .
  • the second voltage drop element 502 is inserted into the current path from the fifth ohmic electrode 314 to the second gate electrode 114 in the first embodiment.
  • the electrode 514 and the electrode 516 are connected to the fifth ohmic electrode 314 and the second gate electrode 114 through the wiring 532 and the wiring 534, respectively.
  • at least one of the electrode 514 and the electrode 516 may be connected to the fifth channel region 504 with high resistance.
  • at least one of the electrode 514 and the electrode 516 is formed with an insulator such as silicon nitride or silicon oxide on the channel layer 106 side, and one or more metals such as Ti, Al, Mo, and Hf are formed thereon.
  • the electrode that is not connected to the fifth channel region 504 with high resistance may be a stacked body in which one or more metals such as Ti, Al, Mo, and Hf are combined. .
  • the first gate electrode is changed from the first ohmic electrode 116.
  • a current path from the third gate electrode 212 to the third ohmic electrode 214 exists toward the line 112.
  • a current path from the fourth gate electrode 312 to the fifth ohmic electrode 314 exists from the second ohmic electrode 118 to the second gate electrode 114.
  • This current path becomes a current path for causing a surge to flow.
  • a leak current path flows from the first ohmic electrode 116 to the first gate electrode 112, and from the second ohmic electrode 118 to the second gate electrode 114. It becomes a flowing leakage current path. Therefore, driving that applies a negative voltage to the first gate electrode 112 and the second gate electrode 114 cannot be performed.
  • the first voltage drop element 402 made of a high resistance element is arranged in the current path from the third ohmic electrode 214 to the first gate electrode 112, and the fifth ohmic In the current path from the electrode 314 to the second gate electrode 114, a second voltage drop element 502 made of a high resistance element is disposed. Therefore, the leakage current flowing from the first ohmic electrode 116 to the first gate electrode 112 and the leakage current flowing from the second ohmic electrode 118 to the second gate electrode 114 can be suppressed.
  • the leakage current in the direction from the first ohmic electrode 116 to the first gate electrode 112 and the leakage current in the direction from the second ohmic electrode 118 to the second gate electrode 114 are improved while improving the surge resistance. Accordingly, it is possible to cope with the driving in which a negative voltage is applied to the first gate electrode 112 and the second gate electrode 114 of the first bidirectional switch element 102. That is, the first field effect transistor element 202 and the second field effect transistor element 302 serving as protection elements do not hinder the normal operation of the first bidirectional switch element 102 that is driven with a negative voltage.
  • first voltage drop element 402 and the second voltage drop element 502 to be inserted may be connected in series instead of one each.
  • the leakage current suppressing effect in the direction from the first ohmic electrode 116 to the first gate electrode 112 and the leakage current in the direction from the second ohmic electrode 118 to the second gate electrode 114 are achieved.
  • the suppression effect is enhanced, and it is possible to correspond to driving in which a larger negative voltage is applied to the first gate electrode 112 and the second gate electrode 114.
  • first voltage drop element 402 and the second voltage drop element 502 are high resistance elements
  • the direction from the first ohmic electrode 116 to the first gate electrode 112 and the second ohmic electrode Any element may be used as long as it prevents an electric current in the direction from 118 to the second gate electrode 114.
  • a diode element or an inductor element may be used.
  • the electrode manufacturing process in the first voltage drop element 402 and the second voltage drop element 502 may be the same as that of the first bidirectional switch element 102. In this way, the manufacturing process can be simplified.
  • first voltage drop element 402 and the second voltage drop element 502 may be smaller in element size than the first bidirectional switch element 102. By doing so, the first voltage drop element 402 and the second voltage drop element 502 to be newly added can suppress an increase in parasitic capacitance of the first bidirectional switch element 102.
  • the element size of the first voltage drop element 402 and the second voltage drop element 502 is preferably about 1/100 compared to the element size of the first bidirectional switch element 102.
  • the channel layer 106 and the barrier layer 108 in the first voltage drop element 402 and the second voltage drop element 502 are the first bidirectional switch element 102, the first field effect transistor element 202, and the second field effect.
  • the channel layer 106 and the barrier layer 108 in the transistor element 302 may be made of different materials.
  • the first voltage drop element 402 and the second voltage drop element 502 are the first bidirectional switch element 102, the first field effect transistor element 202, and the second field effect transistor element. It may be formed of a material different from 302.
  • the substrate 104 in the first voltage drop element 402 and the second voltage drop element 502 is the substrate in the first bidirectional switch element 102, the first field effect transistor element 202, and the second field effect transistor element 302. 104 may be a different material. That is, the first voltage drop element 402 and the second voltage drop element 502 are different from the first bidirectional switch element 102, the first field effect transistor element 202, and the second field effect transistor element 302 on different substrates. It may be formed in a manufacturing process and connected by a wire or the like.
  • FIG. 5 is an equivalent circuit diagram illustrating a semiconductor device 2A according to a modification of the second embodiment
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the semiconductor device 2A according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 5 and FIG. 6 the same components as those in FIG. 1 and FIG.
  • a third voltage drop element 602 made of a diode element is disposed in the current path from the first ohmic electrode 116 to the third gate electrode 212, and the second ohmic electrode 118 to the fourth
  • a fourth voltage drop element 702 made of a diode element is disposed in the current path to the gate electrode 312.
  • a first anode electrode 614 and a first cathode electrode 616 are formed on the channel layer 106 including the barrier layer 108 to constitute a third voltage drop element 602.
  • a second anode electrode 714 and a second cathode electrode 716 are formed on the channel layer 106 including the barrier layer 108 to constitute a fourth voltage drop element 702.
  • the sixth channel region 604 and the seventh channel region 704 are the junction interface between the channel layer 106 and the barrier layer 108, similarly to the first channel region 110, the second channel region 204, and the third channel region 304. Formed by a high concentration two-dimensional electron gas.
  • the sixth channel region 604 is separated from the first channel region 110, the second channel region 204, and the third channel region 304 by providing the fifth element isolation region 606.
  • the seventh channel region 704 includes a first channel region 110, a second channel region 204, a third channel region 304, a sixth channel region 604, and a sixth element isolation region 706. Separated by The fifth element isolation region 606 and the sixth element isolation region 706 may be formed by implanting ions such as boron or iron into the channel layer 106 and the barrier layer 108.
  • the current of the third voltage drop element 602 flows from the first anode electrode 614 to the first cathode electrode 616 via the sixth channel region 604.
  • the third voltage drop element 602 is inserted into the current path from the first ohmic electrode 116 to the third gate electrode 212 in the first embodiment.
  • the first anode electrode 614 and the first cathode electrode 616 are connected to the first ohmic electrode 116 and the third gate electrode 212 through the wiring 632 and the wiring 634, respectively.
  • the current of the fourth voltage drop element 702 flows from the second anode electrode 714 to the second cathode electrode 716 via the seventh channel region 704.
  • the fourth voltage drop element 702 is inserted into the current path from the second ohmic electrode 118 to the fourth gate electrode 312 in the first embodiment.
  • the second anode electrode 714 and the second cathode electrode 716 are connected to the second ohmic electrode 118 and the fourth gate electrode 312 through the wiring 732 and the wiring 734, respectively.
  • first cathode electrode 616 and the second cathode electrode 716 only need to form ohmic junctions with the sixth channel region 604 and the seventh channel region 704, respectively, and may be provided with recesses. good.
  • the first anode electrode 614 and the second anode electrode 714 are depleted in the barrier layer 108 and the channel layer 106 from the first anode electrode 614 and the second anode electrode 714 toward the substrate 104, respectively.
  • the material for forming the layer are provided from the first anode electrode 614 and the second anode electrode 714 in the direction of the sixth channel region 604 and the seventh channel region 704, respectively.
  • a material having a function of flowing current is used.
  • the first cathode electrode 616 and the second cathode electrode 716 may be a laminate in which one or more metals such as Ti, Al, Mo, and Hf are combined.
  • the first anode electrode 614 and the second anode electrode 714 are, for example, a laminated body in which one or more metals such as Ti, Al, Ni, Pt, Pd, Au, Mo, and Hf are combined, or a p-type.
  • a semiconductor is formed on the channel layer 106 side, and a stacked body in which one or a combination of two or more metals such as Ti, Al, Ni, Pt, Pd, Au, Mo, and Hf is deposited thereon may be used.
  • the p-type semiconductor is, for example, a p-type doped with magnesium (Mg).
  • Mg magnesium
  • the first voltage drop element 402 is arranged in the current path from the third ohmic electrode 214 to the first gate electrode 112, and from the fifth ohmic electrode 314 to the second gate electrode 114.
  • the second voltage drop element 502 is disposed in the current path. Therefore, the leakage current in the direction from the first ohmic electrode 116 to the first gate electrode 112 and the leakage current in the direction from the second ohmic electrode 118 to the second gate electrode 114 are suppressed, and the first bidirectional switch It is possible to correspond to driving in which a negative voltage is applied to the first gate electrode 112 and the second gate electrode 114 of the element 102.
  • the first gate electrode 112 and the second gate of the first bidirectional switch element 102 are inserted. Sufficient surge current cannot flow between the electrode 114 and the surge resistance may be reduced.
  • the third voltage drop element 602 is disposed in the current path from the first ohmic electrode 116 to the third gate electrode 212, and the second ohmic electrode 118 to the fourth ohmic electrode 118.
  • a fourth voltage drop element 702 is disposed in the current path to the gate electrode 312. Therefore, the leakage current from the third gate electrode 212 to the first ohmic electrode 214 from the first ohmic electrode 116 toward the first gate electrode 112 can be reduced. Similarly, the leakage current from the fourth gate electrode 312 to the fifth ohmic electrode 314 from the second ohmic electrode 118 to the second gate electrode 114 can be reduced.
  • the third voltage drop element 602 and the fourth voltage drop element 702 are not inserted in the current path between the first gate electrode 112 and the second gate electrode 114. Therefore, the surge resistance between the first gate electrode 112 and the second gate electrode 114, which is improved by inserting the first field effect transistor element 202 and the second field effect transistor element 302, is reduced. There is nothing. Therefore, it is possible to cope with the driving in which a negative voltage is applied to the first gate electrode 112 and the second gate electrode 114 of the first bidirectional switch element 102 while maintaining the surge resistance improvement.
  • the third voltage drop element 602 and the fourth voltage drop element 702 to be inserted may be connected in series instead of one each.
  • the leakage current suppression effect in the direction from the first ohmic electrode 116 to the first gate electrode 112 and the leakage current suppression in the direction from the second ohmic electrode 118 to the second gate electrode 114 are suppressed.
  • the first voltage drop element 402 is arranged in the current path from the third ohmic electrode 214 to the first gate electrode 112 as in the second embodiment, and the fifth ohmic is provided.
  • a second voltage drop element 502 may be disposed in the current path from the electrode 314 to the second gate electrode 114.
  • the third voltage drop element 602 and the fourth voltage drop element 702 may be a transistor-structure diode.
  • the first anode electrode 614 is an electrode having a structure in which the gate electrode and the source electrode in the third voltage drop element 602 having a transistor structure are short-circuited
  • the first cathode electrode 616 is a transistor structure.
  • the drain electrode of the third voltage drop element 602 may be used.
  • the second anode electrode 714 is an electrode having a structure in which the gate electrode and the source electrode of the fourth voltage drop element 702 having a transistor structure are short-circuited
  • the second cathode electrode 716 is a fourth electrode having a transistor structure.
  • the voltage drop element 702 may be a drain electrode.
  • the third voltage drop element 602 and the fourth voltage drop element 702 are diode elements, but the direction from the first ohmic electrode 116 to the first gate electrode 112 and the second voltage drop element 702 Any element can be used as long as it prevents current from flowing from the ohmic electrode 118 to the second gate electrode 114.
  • the third voltage drop element 602 and the fourth voltage drop element 702 may be bidirectional diode elements, high resistance elements, or inductor elements.
  • the electrode manufacturing process in the third voltage drop element 602 and the fourth voltage drop element 702 may be formed by the same process as the electrode manufacturing process of the first bidirectional switch element 102. Good. In this way, the manufacturing process can be simplified.
  • the third voltage drop element 602 and the fourth voltage drop element 702 may be smaller in element size than the first bidirectional switch element 102. By doing so, an increase in the parasitic capacitance of the first bidirectional switch element 102 can be suppressed by the newly added third voltage drop element 602 and fourth voltage drop element 702.
  • the element size of the third voltage drop element 602 and the fourth voltage drop element 702 is preferably about 1/100 compared to the element size of the first bidirectional switch element 102.
  • the channel layer 106 and the barrier layer 108 in the third voltage drop element 602 and the fourth voltage drop element 702 are the first bidirectional switch element 102, the first field effect transistor element 202, and the second field effect.
  • the channel layer 106 and the barrier layer 108 in the transistor element 302 may be made of different materials. That is, with the substrate 104 in common, the third voltage drop element 602 and the fourth voltage drop element 702 are the first bidirectional switch element 102, the first field effect transistor element 202, and the second field effect transistor element.
  • a semiconductor element made of a material different from that of 302 may be used.
  • the substrate 104 in the third voltage drop element 602 and the fourth voltage drop element 702 is the substrate in the first bidirectional switch element 102, the first field effect transistor element 202, and the second field effect transistor element 302. 104 may be a different material. In other words, the third voltage drop element 602 and the fourth voltage drop element 702 are different from the first bidirectional switch element 102, the first field effect transistor element 202, and the second field effect transistor element 302, and are different from each other. It may be formed in a manufacturing process and connected by a wire or the like.
  • FIG. 7 is an equivalent circuit diagram showing the semiconductor device 3 according to the third embodiment
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the semiconductor device 3 according to the third embodiment. 7 and 8, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the semiconductor device 3 according to the present embodiment includes a first bidirectional switch element 102 and a second bidirectional switch element 802.
  • the first bidirectional switch element 102 shown in FIG. 7 and FIG. 8 establishes conduction between the first ohmic electrode 116 and the second ohmic electrode 118, the first gate electrode 112 and the second gate electrode 114.
  • the bidirectional switch element is controlled by
  • the second bidirectional switch element 802 is a protective element that protects the first bidirectional switch element 102.
  • a seventh ohmic electrode 816 (seventh electrode) and An eighth ohmic electrode 818 (eighth electrode); a fifth gate electrode 812 formed between the seventh ohmic electrode 816 and the eighth ohmic electrode 818; a fifth gate electrode 812; And a sixth gate electrode 814 formed between the eight ohmic electrodes 818 and a second bidirectional switch element 802 is formed.
  • the eighth channel region 810 is formed by a high concentration two-dimensional electron gas generated at the junction interface between the channel layer 106 and the barrier layer 108. Further, the eighth channel region 810 is separated from the first channel region 110 by providing the seventh element isolation region 806.
  • the seventh element isolation region 806 may be formed by implanting ions such as boron or iron into the channel layer 106 and the barrier layer 108.
  • the first ohmic electrode 116 is connected to the fifth gate electrode 812 via the wiring 840.
  • the first gate electrode 112 is connected to the seventh ohmic electrode 816 through the wiring 842.
  • the second ohmic electrode 118 is connected to the sixth gate electrode 814 through the wiring 844.
  • the second gate electrode 114 is electrically connected to the eighth ohmic electrode 818 through a wiring 846.
  • the seventh ohmic electrode 816 and the eighth ohmic electrode 818 need only form an ohmic junction with the first channel region 110 and may be provided with a recess.
  • the seventh ohmic electrode 816 and the eighth ohmic electrode 818 may be a stacked body in which one or more metals such as Ti, Al, Mo, and Hf are combined.
  • the first bidirectional switch element 102 shown in FIGS. 7 and 8 either the first ohmic electrode 116 or the first gate electrode 112 and the eighth ohmic electrode 818 or the second gate electrode 114 are used.
  • the maximum allowable applied voltage Vmax between any of the above.
  • the breakdown voltage between either the seventh ohmic electrode 816 or the fifth gate electrode 812 and either the second ohmic electrode 118 or the sixth gate electrode 814 is reduced.
  • Vb3 in this case, Vmax ⁇ Vb3 (Formula 2)
  • the first bidirectional switch element 102 and the second bidirectional switch element 802 are designed so as to satisfy this relationship.
  • the second bidirectional switch element 802 does not affect the normal switching operation of the first bidirectional switch element 102.
  • the allowable maximum applied voltage Vmax of the first bidirectional switch element 102 is the maximum voltage that can be applied to the element during normal switching operation, and is lower than the breakdown voltage of the element.
  • the breakdown voltage of the first bidirectional switch element 102 is Design to about 1000V.
  • the value of Vb3 needs to be designed to be 600V or more.
  • the distance between the fifth gate electrode 812 and the sixth gate electrode 814 in the second bidirectional switch element 802 is set to the first bidirectional switch element 102. It is preferable that the distance be greater than or equal to the distance between the first gate electrode 112 and the second gate electrode 114. This is because in a field effect transistor using GaN, the breakdown voltage is almost proportional to the distance between the gate and the drain.
  • the effect of improving surge resistance obtained by introducing two elements, the first field effect transistor element 202 and the second field effect transistor element 302 as in the first embodiment, is obtained. This is realized by one element called two bidirectional switch elements 802.
  • the first external gate terminal 122 and the second external gate terminal 124 are used between the first gate electrode 112 and the second gate electrode 114 of the first bidirectional switch element 102.
  • a positive surge is applied to the first gate electrode 112 with respect to the second gate electrode 114.
  • the potentials of the fifth gate electrode 812 and the sixth gate electrode 814 that are floating electrodes are increased, and the second The bidirectional switch element 802 is turned on. Therefore, a positive surge current applied to the first gate electrode 112 can flow to the second gate electrode 114 through the seventh ohmic electrode 816 and the eighth ohmic electrode 818.
  • the positive and negative surge voltage generated between the first gate electrode 112 and the second gate electrode 114 can be alleviated by introducing only one element, the second bidirectional switch element 802. Become.
  • the fifth gate electrode 812 is preferably formed using a material having a function of flowing a current from the fifth gate electrode 812 toward the eighth channel region 810.
  • the surge resistance to which a positive bias is applied to the first ohmic electrode 116 between the first gate electrode 112 and the first ohmic electrode 116 is improved, and the second gate electrode Between the first ohmic electrode 116 and the first ohmic electrode 116, it is possible to improve the resistance to surge that applies a positive bias to the first ohmic electrode 116.
  • the first ohmic terminal 122 and the first external ohmic terminal 126 are passed through the first ohmic terminal.
  • the second bidirectional switch element 802 has a function of flowing a current in the direction from the fifth gate electrode 812 to the eighth channel region 810, so that the first ohmic electrode 116
  • the applied positive surge can flow from the fifth gate electrode 812 to the first gate electrode 112 through the seventh ohmic electrode 816.
  • the second external gate terminal 124 and the first external ohmic terminal 126 are used to Consider a case where a positive surge is applied to the ohmic electrode 116.
  • the second bidirectional switch element 802 has a function of flowing current in the direction from the fifth gate electrode 812 to the eighth channel region 810, and the sixth gate electrode 814 It becomes a floating electrode. Therefore, a positive surge applied to the first ohmic electrode 116 can cause a surge current to flow from the fifth gate electrode 812 to the second gate electrode 114 through the eighth ohmic electrode 818. From the above, it is possible to improve the resistance to surge that applies a positive bias to the first ohmic electrode 116 between the second gate electrode 114 and the first ohmic electrode 116.
  • the fifth gate electrode 812 is, for example, a stacked body in which one or more metals such as Ti, Al, Ni, Pt, Pd, Au, Mo, and Hf are combined, or a p-type semiconductor channel.
  • a stacked body may be formed by forming on the layer 106 side and depositing one or a combination of two or more metals such as Ti, Al, Ni, Pt, Pd, Au, Mo, and Hf thereon.
  • the sixth gate electrode 814 is preferably formed using a material having a function of flowing a current from the sixth gate electrode 814 toward the eighth channel region 810.
  • the surge resistance to applying a positive bias to the second ohmic electrode 118 between the second gate electrode 114 and the second ohmic electrode 118 is improved, and the first gate electrode It is possible to improve the resistance to a surge in which a positive bias is applied to the second ohmic electrode 118 between the second ohmic electrode 118 and the second ohmic electrode 118.
  • the second ohmic terminal is passed through the second external gate terminal 124 and the second external ohmic terminal 128.
  • a positive surge is applied to the electrode 118.
  • the second bidirectional switch element 802 since the second bidirectional switch element 802 has a function of flowing a current from the sixth gate electrode 814 toward the eighth channel region 810, the second ohmic electrode 118
  • the applied positive surge can flow from the sixth gate electrode 814 to the second gate electrode 114 through the eighth ohmic electrode 818. From the above, it is possible to improve the resistance to surge that applies a positive bias to the second ohmic electrode 118 between the second gate electrode 114 and the second ohmic electrode 118.
  • the first external gate terminal 122 and the second external ohmic terminal 128 are used for the second operation.
  • the second bidirectional switch element 802 has a function of flowing current in the direction from the sixth gate electrode 814 to the eighth channel region 810, and the fifth gate electrode 812 has It becomes a floating electrode. Therefore, a positive surge applied to the second ohmic electrode 118 can cause a surge current to flow from the sixth gate electrode 814 to the first ohmic electrode 116 via the seventh ohmic electrode 816.
  • the sixth gate electrode 814 is, for example, a laminated body in which one or more metals such as Ti, Al, Ni, Pt, Pd, Au, Mo, and Hf are combined, or a p-type semiconductor on the channel layer 106 side.
  • a stacked body may be formed by depositing one or a combination of two or more metals such as Ti, Al, Ni, Pt, Pd, Au, Mo, and Hf.
  • the p-type semiconductor is, for example, p-type In o Al p Ga 1 doped with magnesium (Mg).
  • Mg magnesium
  • the second bidirectional switch element 802 is preferably a normally-off type. That is, the fifth gate electrode 812 and the sixth gate electrode 814 form a depletion layer in the barrier layer 108 and the channel layer 106 from the fifth gate electrode 812 and the sixth gate electrode 814 toward the substrate 104 side.
  • the material to be formed In this way, when the voltage between the first ohmic electrode 116 and the first gate electrode 112 and between the second ohmic electrode 118 and the second gate electrode 114 is 0V.
  • the voltage between the fifth gate electrode 812 and the seventh ohmic electrode 816 and between the sixth gate electrode 814 and the eighth ohmic electrode 818 is also 0V. For this reason, the second bidirectional switch element 802 is turned off, and the operation of the first bidirectional switch element 102 is not adversely affected.
  • the electrode manufacturing process in the second bidirectional switch element 802 may be the same as the electrode manufacturing process of the first bidirectional switch element 102. By doing in this way, a manufacturing process can be simplified.
  • the second bidirectional switch element 802 may have a smaller element size than the first bidirectional switch element 102. By doing so, an increase in parasitic capacitance of the first bidirectional switch element 102 can be suppressed by the newly added second bidirectional switch element 802.
  • the element size of the second bidirectional switch element 802 is preferably about 1/100 compared to the element size of the first bidirectional switch element 102.
  • the channel layer 106 and the barrier layer 108 in the second bidirectional switch element 802 may be made of different materials from the channel layer 106 and the barrier layer 108 in the first bidirectional switch element 102, respectively.
  • the second bidirectional switch element 802 may be a semiconductor element made of a material different from that of the first bidirectional switch element 102 while using the substrate 104 in common.
  • the substrate 104 (second substrate) in the second bidirectional switch element 802 is a substrate different from the substrate 104 (first substrate) in the first bidirectional switch element 102, and is separated from the substrate. It may be produced in a different manufacturing process.
  • FIG. 9 is an equivalent circuit diagram showing the semiconductor device 4 according to the fourth embodiment
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing the semiconductor device 4 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 9 and FIG. 10 the same components as those in FIG. 7 and FIG.
  • a fifth voltage composed of a high resistance element is provided in the current path from the seventh ohmic electrode 816 to the first gate electrode 112.
  • a drop element 902 is arranged, and a sixth voltage drop element 1002 made of a high resistance element is arranged in the current path from the eighth ohmic electrode 818 to the second gate electrode 114.
  • Other configurations are the same as those in the third embodiment.
  • an electrode 914 and an electrode 916 are formed on the channel layer 106 including the barrier layer 108 to constitute a fifth voltage drop element 902 that flows through the ninth channel region 904.
  • an electrode 1014 and an electrode 1016 are formed on the channel layer 106 including the barrier layer 108, respectively, and constitute a sixth voltage drop element 1002 that flows through the tenth channel region 1004.
  • the ninth channel region 904 is formed by a high-concentration two-dimensional electron gas generated at the junction interface between the channel layer 106 and the barrier layer 108. Further, the ninth channel region 904 is separated from the first channel region 110 and the eighth channel region 810 by providing an eighth element isolation region 906.
  • the tenth channel region 1004 is separated from the first channel region 110, the eighth channel region 810, and the ninth channel region 904 by providing the ninth element isolation region 1006.
  • the eighth element isolation region 906 and the ninth element isolation region 1006 may be formed by implanting ions such as boron or iron into the channel layer 106 and the barrier layer 108.
  • the fifth voltage drop element 902 is inserted into the current path from the seventh ohmic electrode 816 to the first gate electrode 112 in the third embodiment.
  • the electrode 914 and the electrode 916 are connected to the seventh ohmic electrode 816 and the first gate electrode 112 through a wiring 932 and a wiring 934, respectively.
  • at least one of the electrode 914 and the electrode 916 may be connected to the ninth channel region 904 with high resistance.
  • at least one of the electrode 914 and the electrode 916 is formed with an insulator such as silicon nitride or silicon oxide on the channel layer 106 side, and one or more metals such as Ti, Al, Mo, and Hf are formed thereon.
  • the electrode that is not connected to the ninth channel region 904 with high resistance may be, for example, a stacked body in which one or more metals such as Ti, Al, Mo, and Hf are combined. .
  • the sixth voltage drop element 1002 is inserted into the current path from the eighth ohmic electrode 818 to the second gate electrode 114 in the third embodiment.
  • the electrode 1014 and the electrode 1016 are connected to the eighth ohmic electrode 818 and the second gate electrode 114 through the wiring 1024 and the wiring 1026, respectively.
  • at least one of the electrode 1014 and the electrode 1016 only needs to be connected to the tenth channel region 1004 with high resistance.
  • at least one of the electrode 1014 and the electrode 1016 is formed with an insulator such as silicon nitride or silicon oxide on the channel layer 106 side, and one or more metals such as Ti, Al, Mo, and Hf are formed thereon.
  • the electrode that is not connected to the tenth channel region 1004 with high resistance may be a stacked body in which one or more metals such as Ti, Al, Mo, and Hf are combined. .
  • the fifth gate is directed from the first ohmic electrode 116 toward the first gate electrode 112.
  • the electrode 812 There is a current path from the electrode 812 through the seventh ohmic electrode 816.
  • a current path from the sixth gate electrode 814 to the eighth ohmic electrode 818 exists from the second ohmic electrode 118 to the second gate electrode 114.
  • This current path becomes a current path for flowing a surge.
  • a leak current path flows from the first ohmic electrode 116 to the first gate electrode 112, and a leak current flows from the second ohmic electrode 118 to the second gate electrode 114. It becomes a pass. Therefore, driving that applies a negative voltage to the first gate electrode 112 and the second gate electrode 114 cannot be performed.
  • a fifth voltage drop element 902 made of a high resistance element is arranged in the current path from the seventh ohmic electrode 816 to the first gate electrode 112, and the eighth ohmic In the current path from the electrode 818 to the second gate electrode 114, a sixth voltage drop element 1002 made of a high resistance element is disposed. Therefore, the leakage current flowing from the first ohmic electrode 116 to the first gate electrode 112 and the leakage current flowing from the second ohmic electrode 118 to the second gate electrode 114 can be suppressed.
  • the leakage current in the direction from the first ohmic electrode 116 to the first gate electrode 112 and the leakage in the direction from the second ohmic electrode 118 to the second gate electrode 114 are improved while improving the surge resistance.
  • the current can be suppressed, and it is possible to correspond to the driving in which a negative voltage is applied to the first gate electrode 112 and the second gate electrode 114 of the first bidirectional switch element 102. That is, the second bidirectional switch element 802 serving as a protection element does not hinder the normal operation of the first bidirectional switch element 102 that is driven with a negative voltage.
  • the fifth voltage drop element 902 and the sixth voltage drop element 1002 to be inserted may be connected in series instead of one each. By doing so, the leakage current suppressing effect in the direction from the first ohmic electrode 116 to the first gate electrode 112 and the leakage current in the direction from the second ohmic electrode 118 to the second gate electrode 114 are achieved. The suppression effect is enhanced, and it is possible to cope with driving in which a larger negative voltage is applied to the first gate electrode 112 and the second gate electrode 114 of the first bidirectional switch element 102.
  • the fifth voltage drop element 902 and the sixth voltage drop element 1002 are high resistance elements, the direction from the first ohmic electrode 116 to the first gate electrode 112 and the second ohmic electrode 118 are used. As long as it is an element that prevents current in the direction from the first to the second gate electrode 114, specifically, a diode element or an inductor element may be used.
  • the electrode manufacturing process in the fifth voltage drop element 902 and the sixth voltage drop element 1002 may be the same as the electrode manufacturing process of the first bidirectional switch element 102. In this way, the manufacturing process can be simplified.
  • the fifth voltage drop element 902 and the sixth voltage drop element 1002 may have a smaller element size than the first bidirectional switch element 102. By doing so, an increase in parasitic capacitance of the first bidirectional switch element 102 can be suppressed by the newly added fifth voltage drop element 902 and sixth voltage drop element 1002.
  • the element size of the fifth voltage drop element 902 and the sixth voltage drop element 1002 is preferably about 1/100 compared to the element size of the first bidirectional switch element 102.
  • the channel layer 106 and the barrier layer 108 in the fifth voltage drop element 902 and the sixth voltage drop element 1002 are the same as the channel layer 106 and the barrier in the first bidirectional switch element 102 and the second bidirectional switch element 802.
  • the layer 108 may be made of a different material. That is, the fifth voltage drop element 902 and the sixth voltage drop element 1002 may be formed of a material different from that of the first bidirectional switch element 102 and the second bidirectional switch element 802 while using the substrate 104 in common. Good.
  • the substrate 104 in the fifth voltage drop element 902 and the sixth voltage drop element 1002 may be made of a material different from that of the substrate 104 in the first bidirectional switch element 102 and the second bidirectional switch element 802.
  • the fifth voltage drop element 902 and the sixth voltage drop element 1002 are formed on a different substrate and different manufacturing process from the first bidirectional switch element 102 and the second bidirectional switch element 802, and are formed with wires, etc. It may be connected with.
  • FIG. 11 is an equivalent circuit diagram showing a semiconductor device 4A according to a modification of the fourth embodiment
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing the semiconductor device 4A according to a modification of the fourth embodiment.
  • FIG. 11 and FIG. 12 the same components as those in FIG. 7 and FIG.
  • a seventh voltage drop element 1102 made of a diode element is disposed, and the second ohmic electrode 118 to the sixth In the current path to the gate electrode 814, an eighth voltage drop element 1202 made of a diode element is disposed.
  • a third anode electrode 1114 and a third cathode electrode 1116 are formed on the channel layer 106 including the barrier layer 108 to constitute a seventh voltage drop element 1102.
  • a fourth anode electrode 1214 and a fourth cathode electrode 1216 are formed on the channel layer 106 including the barrier layer 108, respectively, and constitute an eighth voltage drop element 1202.
  • the eleventh channel region 1104 and the twelfth channel region 1204 are two-dimensional high-concentration generated at the junction interface between the channel layer 106 and the barrier layer It is formed by electron gas.
  • the eleventh channel region 1104 is separated from the first channel region 110 and the eighth channel region 810 by providing a tenth element isolation region 1106.
  • the twelfth channel region 1204 is separated from the first channel region 110, the eighth channel region 810, the eleventh channel region 1104, and the eleventh element isolation region 1206.
  • the tenth element isolation region 1106 and the eleventh element isolation region 1206 may be formed by implanting ions such as boron or iron into the channel layer 106 and the barrier layer 108.
  • the current of the seventh voltage drop element 1102 flows from the third anode electrode 1114 to the third cathode electrode 1116 via the eleventh channel region 1104.
  • the seventh voltage drop element 1102 is inserted into the current path from the first ohmic electrode 116 to the fifth gate electrode 812 in the third embodiment.
  • the third anode electrode 1114 and the third cathode electrode 1116 are connected to the first ohmic electrode 116 and the fifth gate electrode 812 through the wiring 1132 and the wiring 1134, respectively.
  • the current of the eighth voltage drop element 1202 flows from the fourth anode electrode 1214 to the fourth cathode electrode 1216 via the twelfth channel region 1204.
  • the eighth voltage effect element 1202 is inserted into the current path from the second ohmic electrode 118 to the sixth gate electrode 814 in the third embodiment.
  • the fourth anode electrode 1214 and the fourth cathode electrode 1216 are connected to the second ohmic electrode 118 and the sixth gate electrode 814 through the wiring 1232 and the wiring 1234, respectively.
  • the third cathode electrode 1116 and the fourth cathode electrode 1216 only need to form ohmic junctions with the eleventh channel region 1104 and the twelfth channel region 1204, respectively, and may have recesses. good.
  • the third anode electrode 1114 and the fourth anode electrode 1214 are depleted in the barrier layer 108 and the channel layer 106 from the third anode electrode 1114 and the fourth anode electrode 1214 toward the substrate 104, respectively.
  • the material for forming the layer are arranged in the direction from the third anode electrode 1114 and the fourth anode electrode 1214 to the eleventh channel region 1104 and the twelfth channel region 1204, respectively.
  • a material having a function of flowing current is used.
  • the third cathode electrode 1116 and the fourth cathode electrode 1216 may be a laminated body in which one or more metals such as Ti, Al, Mo, and Hf are combined.
  • the third anode electrode 1114 and the fourth anode electrode 1214 are, for example, a laminated body in which one or two or more metals such as Ti, Al, Ni, Pt, Pd, Au, Mo, and Hf are combined, or If a p-type semiconductor is formed on the channel layer 106 side, and a laminated body in which one or a combination of two or more metals such as Ti, Al, Ni, Pt, Pd, Au, Mo, and Hf is deposited thereon is formed. Good.
  • the p-type semiconductor is, for example, a p-type doped with magnesium (Mg).
  • Mg magnesium
  • the fifth voltage drop element 902 is arranged in the current path from the seventh ohmic electrode 816 to the first gate electrode 112, and from the eighth ohmic electrode 818 to the second gate electrode 114.
  • the sixth voltage drop element 1002 is arranged in the current path. Therefore, the leakage current in the direction from the first ohmic electrode 116 to the first gate electrode 112 and the leakage current in the direction from the second ohmic electrode 118 to the second gate electrode 114 are suppressed, and the first gate is suppressed. It is possible to correspond to driving in which a negative voltage is applied to the electrode 112 and the second gate electrode 114.
  • the seventh voltage drop element 1102 is arranged in the current path from the first ohmic electrode 116 to the fifth gate electrode 812, and the second ohmic electrode 118 to the sixth ohmic electrode 118
  • An eighth voltage drop element 1202 is disposed in the current path to the gate electrode 814. Therefore, leakage current from the fifth gate electrode 812 to the seventh ohmic electrode 816 from the first ohmic electrode 116 toward the first gate electrode 112 can be reduced. Similarly, leakage current from the sixth gate electrode 814 to the second ohmic electrode 818 from the second ohmic electrode 118 to the second gate electrode 114 can be reduced.
  • both the second voltage drop element 1102 and the eighth voltage drop element 1202 are not inserted in the current path between the first gate electrode 112 and the second gate electrode 114, both the second voltage drop element 1102 and the eighth voltage drop element 1202
  • the surge resistance between the first gate electrode 112 and the second gate electrode 114 which is improved by inserting the direction switch element 802, is not reduced. Therefore, it is possible to cope with the driving in which a negative voltage is applied to the first gate electrode 112 and the second gate electrode 114 of the first bidirectional switch element 102 while maintaining the surge resistance improvement.
  • the seventh voltage drop element 1102 and the eighth voltage drop element 1202 to be inserted may be connected in series instead of one each. By doing so, the leakage current suppressing effect in the direction from the first ohmic electrode 116 to the first gate electrode 112 and the leakage current in the direction from the second ohmic electrode 118 to the second gate electrode 114 are achieved. The suppression effect increases. Therefore, it is possible to correspond to driving in which a larger negative voltage is applied to the first gate electrode 112 and the second gate electrode 114 of the first bidirectional switch element 102.
  • the fifth voltage drop element 902 is arranged in the current path from the seventh ohmic electrode 816 to the first gate electrode 112 as in the fourth embodiment, and the eighth ohmic A sixth voltage drop element 1002 may be disposed in the current path from the electrode 818 to the second gate electrode 114.
  • the effect of suppressing the leakage current in the direction from the first ohmic electrode 116 to the first gate electrode 112 and in the direction from the second ohmic electrode 118 to the second gate electrode 114 is enhanced. Therefore, it is possible to correspond to the driving in which a larger negative voltage is applied to the first gate electrode 112 and the second gate electrode 114 of the first bidirectional switch element 102.
  • the seventh voltage drop element 1102 and the eighth voltage drop element 1202 may be diodes having a transistor structure.
  • the third anode electrode 1114 is an electrode having a structure in which the gate electrode and the source electrode in the seventh voltage drop element 1102 of the transistor structure are short-circuited
  • the third cathode electrode 1116 is a transistor structure.
  • the drain electrode of the seventh voltage drop element 1102 may be used.
  • the fourth anode electrode 1214 is an electrode having a structure in which the gate electrode and the source electrode in the eighth voltage drop element 1202 of the transistor structure are short-circuited
  • the fourth cathode electrode 1216 is the eighth electrode of the transistor structure.
  • the voltage drop element 1202 may be a drain electrode.
  • the seventh voltage drop element 1102 and the eighth voltage drop element 1202 are diode elements, the direction from the first ohmic electrode 116 to the first gate electrode 112 and the second ohmic electrode Any element that prevents current in the direction from 118 to the second gate electrode 114 may be used.
  • the seventh voltage drop element 1102 and the eighth voltage drop element 1202 may be bidirectional diode elements, high resistance elements, or inductor elements.
  • the electrode manufacturing process in the seventh voltage drop element 1102 and the eighth voltage drop element 1202 may be the same as the electrode manufacturing process of the first bidirectional switch element 102. In this way, the manufacturing process can be simplified.
  • the seventh voltage drop element 1102 and the eighth voltage drop element 1202 may have a smaller element size than the first bidirectional switch element 102. By doing so, an increase in parasitic capacitance of the first bidirectional switch element 102 can be suppressed by the newly added seventh voltage drop element 1102 and eighth voltage drop element 1202.
  • the element sizes of the seventh voltage drop element 1102 and the eighth voltage drop element 1202 are preferably about 1/100 compared to the element size of the first bidirectional switch element 102.
  • the channel layer 106 and the barrier layer 108 in the seventh voltage drop element 1102 and the eighth voltage drop element 1202 are the same as the channel layer 106 and the barrier in the first bidirectional switch element 102 and the second bidirectional switch element 802.
  • the layer 108 may be made of a different material.
  • the seventh voltage drop element 1102 and the eighth voltage drop element 1202 are formed of semiconductor elements made of a material different from that of the first bidirectional switch element 102 and the second bidirectional switch element 802. May be.
  • the substrate 104 in the seventh voltage drop element 1102 and the eighth voltage drop element 1202 may be made of a material different from that of the substrate 104 in the first bidirectional switch element 102 and the second bidirectional switch element 802. That is, the seventh voltage drop element 1102 and the eighth voltage drop element 1202 are formed using different substrates, different manufacturing processes, wires, and the like from the first bidirectional switch element 102 and the second bidirectional switch element 802. It may be connected with.
  • the semiconductor device according to the present invention is useful as a bidirectional switch used for a matrix converter or the like.
  • Second gate electrode 116 First The first ohmic electrode 118 The second ohmic electrode 122 The first external gate terminal 124 The second external gate terminal 126 The first external ohmic terminal 128 The second external ohmic terminal 132, 134, 136, 138, 140, 142, 144 146, 148, 432, 434, 532, 534, 632, 634, 732, 734, 840, 842, 844, 846, 932, 934, 1024, 1026, 1132, 1134, 1232, 1234 Wiring 202 First electric field Effect transistor element 204 second Channel region 206 First element isolation region 212 Third gate electrode 214 Third ohmic electrode 216 Fourth ohmic electrode 302 Second field effect transistor element 304 Third channel region 306 Second element isolation region 312 Second 4th gate electrode 314

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Abstract

半導体装置（１）は、第１のゲート電極（１１２）、第２のゲート電極（１１４）、第１のオーミック電極（１１６）及び第２のオーミック電極（１１８）を有する第１の双方向スイッチ素子（１０２）と、第３のゲート電極（２１２）、第３のオーミック電極（２１４）及び第４のオーミック電極（２１６）を有する第１の電界効果トランジスタ素子（２０２）と、第４のゲート電極（３１２）、第５のオーミック電極（３１４）及び第６のオーミック電極（３１６）を有する第２の電界効果トランジスタ素子（３０２）とを備え、第１のオーミック電極（１１６）は第３のゲート電極（２１２）に、第１のゲート電極（１１２）は第３のオーミック電極（２１４）に、第２のオーミック電極（１１８）は第４のゲート電極（３１２）に、第２のゲート電極（１１４）は第５のオーミック電極（３１４）に、第４のオーミック電極（２１６）は第６のオーミック電極（３１６）にそれぞれ電気的に接続されている。

Description

半導体装置
　本発明は、半導体装置に関し、特に保護素子を備えた半導体装置に関する。
　近年の地球温暖化対策及び環境規制の観点から、電気機器の省エネルギー化が要望されており、電力変換を行うインバータやマトリックスコンバータの電力損失低減が期待されている。特にマトリックスコンバータは、交流電力－交流電力変換を、ダイオード整流器を介さず変換することが可能なため、大幅な電力損失低減が期待できる。
　近年、マトリックスコンバータに化合物半導体、特に窒化物半導体からなる双方向スイッチを用いる研究が活発に行われている。窒化物半導体とはＩＩＩ族元素であるホウ素（Ｂ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）又はガリウム（Ｇａ）と、Ｖ族元素である窒素（Ｎ）との化合物からなる。一般式がＢｗＩｎｘＡｌｙＧａｚＮ（但し、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｗ、ｘ、ｙ、ｚ≦１である。）によって表される。
　特に窒化ガリウム（ＧａＮ）はバンドギャップが３．４ｅＶとシリコン（Ｓｉ）と比較して約３倍大きいことから、高耐圧性に優れている。そのため、素子サイズを小さくすることができ、動作時のオン抵抗を低減させることが可能となる。従って、マトリックスコンバータに化合物半導体からなる双方向スイッチを用いることで、導通損失を低減させることができ、高効率な交流電力－交流電力変換回路を実現できる。
　しかしながら、化合物半導体を用いた双方向スイッチは、ゲート電極のサージ耐圧という制約がある。化合物半導体を用いた双方向スイッチには、ゲート構造として、金属－半導体型及び接合型が一般的である。金属－半導体型及び接合型は、共に、ゲート電極に正バイアスを印加し、オーミック電極に負バイアスを印加するサージに対しては耐性が強く、ゲート電極に負バイアスを印加し、オーミック電極に正バイアスを印加するサージに対しては耐性が弱い。加えて、双方向スイッチの二つのゲート電極間における正負両方のサージに対して耐性が弱い。このため、化合物半導体を用いた双方向スイッチでは、素子サイズの微細化と高サージ耐性とは、トレードオフの関係があると言える。
　化合物半導体を用いた双方向スイッチおけるゲート電極のサージ耐性を向上させる方法として、サージ保護用のトランジスタを新たに設けることが検討されている（例えば特許文献１を参照）。
特開２０１１－１６５７４９号公報
　しかしながら、前述した従来の双方向スイッチおけるゲート電極のサージ耐性向上方法では、ゲート電極とオーミック電極との間のサージ耐性を向上できるが、二つのゲート電極間のサージ耐性を向上させることができない。
　本発明は、上記の問題を解決し、第１のゲート電極と第２のゲート電極との間のサージ耐性を向上させた双方向スイッチ型の半導体装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本開示の一形態に係る半導体装置は、双方向スイッチ素子と、第１の保護用素子と、第２の保護用素子とを備え、前記双方向スイッチ素子は、第１の基板上に形成されたｎ型の第１の化合物半導体層と、前記第１の化合物半導体層上に形成された第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に形成された第１のゲート電極と、前記第１のゲート電極と前記第２の電極との間に形成された第２のゲート電極と、を有し、前記第１のゲート電極および前記第２のゲート電極の電圧で前記第１の電極と前記第２の電極との間の導通を制御し、前記第１の保護用素子は、第２の基板上に形成されたｎ型の第２の化合物半導体層と、前記第２の化合物半導体層上に形成された第３の電極及び第４の電極と、前記第３の電極と前記第４の電極との間に形成された第３のゲート電極と、を有し、前記第３のゲート電極の電圧で前記第３の電極と前記第４の電極との間の導通を制御し、前記第２の保護用素子は、第３の基板上に形成されたｎ型の第３の化合物半導体層と、前記第３の化合物半導体層上に配置された第５の電極及び第６の電極と、前記第５の電極と前記第６の電極との間に形成された第４のゲート電極と、を有し、前記第４のゲート電極の電圧で前記第５の電極と前記第６の電極との間の導通を制御し、前記第３の電極および前記第３のゲート電極の何れかの電極と前記第４の電極との間の耐圧と、前記第５の電極および前記第４のゲート電極の何れかの電極と前記第６の電極との間の耐圧と、の和は、前記第１の電極および前記第１のゲート電極の何れかの電極と前記第２の電極および前記第２のゲート電極の何れかの電極との間の最大許容印加電圧以上であり、前記第１のゲート電極及び前記第２のゲート電極は、前記第１の化合物半導体層にショットキー接合またはｐｎ接合され、前記第３のゲート電極は、前記第２の化合物半導体層にショットキー接合またはｐｎ接合され、前記第４のゲート電極は、前記第３の化合物半導体層にショットキー接合またはｐｎ接合され、前記第１の電極は、前記第３のゲート電極に電気的に接続され、前記第１のゲート電極は、前記第３の電極に電気的に接続され、前記第２の電極は、前記第４のゲート電極に電気的に接続され、前記第２のゲート電極は、前記第５の電極に電気的に接続され、前記第４の電極は、前記第６の電極に電気的に接続されていることを特徴とする。
　ここで、第１の保護用素子、及び第２の保護用素子は、双方向スイッチ素子に印加されるサージ電圧に対する保護素子として機能する。
　上記構成の半導体装置について、双方向スイッチ素子の第１のゲート電極と第２のゲート電極間において、第２のゲート電極に対して第１のゲート電極に正のサージが印加された場合を考える。第１のゲート電極に接続された第３の電極との容量結合によって、浮遊電極となっている第３のゲート電極の電位が上昇し、第１の電界効果トランジスタ素子がオン状態となる。そのため第１のゲート電極に印加された正のサージ電流は、第３の電極を介して第４の電極まで流れる。続いて、第４の電極まで流れたサージ電流は、第４の電極に接続された第６の電極との容量結合によって、浮遊電極となっている第４のゲート電極の電位を上昇させる。そのため、第２の保護用素子がオン状態となる。従って、第４の電極まで流れたサージ電流は、第６の電極及び第５の電極を通じて第２のゲート電極へ流すことが出来る。
　逆に、第１のゲート電極に対して第２のゲート電極に正のサージが印加された場合を考える。第２のゲート電極に接続された第５の電極との容量結合によって、浮遊電極となっている第４のゲート電極の電位が上昇し、第２の保護用素子がオン状態となる。そのため、第２のゲート電極に印加された正のサージ電流は、第５の電極を介して第６の電極まで流れる。続いて、第６の電極まで流れたサージ電流は第６の電極に接続された第４の電極との容量結合によって、浮遊電極となっている第３のゲート電極の電位を上昇させる、そのため、第１の保護用素子がオン状態となる。従って、第６の電極まで流れたサージ電流は、第４の電極及び第３の電極を通じて第１のゲート電極へ流すことが出来る。
　以上より、第１のゲート電極と第２のゲート電極との間に生じた正負のサージ電圧を緩和させることが可能となる。
　また、本開示の一形態に係る半導体装置は、双方向スイッチ素子と、保護用素子とを備え、前記双方向スイッチ素子は、第１の基板上に形成されたｎ型の第１の化合物半導体層と、前記第１の化合物半導体層上に形成された第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に形成された第１のゲート電極と、前記第１のゲート電極と前記第２の電極との間に形成された第２のゲート電極と、を有し、前記第１のゲート電極及び前記第２のゲート電極の電圧で前記第１の電極と前記第２の電極との間の導通を制御し、前記保護用素子は、第２の基板上に形成されたｎ型の第４の化合物半導体層と、前記第４の化合物半導体層上に形成された第７の電極及び第８の電極と、前記第７の電極と前記第８の電極との間に形成された第５のゲート電極と、前記第５のゲート電極と前記第８の電極との間に形成された第６のゲート電極と、を有し、前記第５のゲート電極及び前記第６のゲート電極の電圧で前記第７の電極と前記第８の電極との間の導通を制御し、前記保護用素子の前記第７の電極または前記第５のゲート電極と、前記第８の電極または前記第６のゲート電極と、の間の２つの電極間の耐圧は、前記双方向スイッチ素子の前記第１の電極または前記第１のゲート電極と、前記第２の電極または前記第２のゲート電極と、の間の２つの電極間の最大許容印加電圧以上であり、前記第１のゲート電極及び前記第２のゲート電極は、前記第１の化合物半導体層にショットキー接合またはｐｎ接合され、前記第５のゲート電極及び前記第６のゲート電極は、前記第４の化合物半導体層にショットキー接合またはｐｎ接合され、前記第１の電極は、前記第５のゲート電極に電気的に接続され、前記第２の電極は、前記第６のゲート電極に電気的に接続され、前記第１のゲート電極は、前記第７の電極に電気的に接続され、前記第２のゲート電極は、前記第８の電極に電気的に接続されていることを特徴とする。
　ここで、保護用素子は、双方向スイッチ素子に印加されるサージ電圧に対する保護素子として機能する。
　上記構成の半導体装置について、双方向スイッチ素子の第１のゲート電極と第２のゲート電極との間において、第２のゲート電極に対して第１のゲート電極に正のサージが印加された場合を考える。第１のゲート電極に接続された第７の電極との容量結合によって、浮遊電極となっている第５のゲート電極及び第６のゲート電極の電位が上昇し、保護用素子がオン状態となる。これによって、第１のゲート電極から第７の電極及び第８の電極を通じて第２のゲート電極へサージ電流を流すことが出来る。
　逆に、第１のゲート電極に対して第２のゲート電極に正のサージが印加された場合を考える。第２のゲート電極に接続された第５の電極との容量結合によって、浮遊電極となっている第６のゲート電極及び第５のゲート電極の電位が上昇し、保護用素子がオン状態となる。これによって、第２のゲート電極から第８の電極及び第７の電極を通じて第１のゲート電極へサージ電流を流すことが出来る。
　以上より、第１のゲート電極と第２のゲート電極間に生じた正負のサージ電圧を緩和させることが可能となる。
　本発明に係る半導体装置によれば、双方向スイッチ素子の第１のゲート電極と第２のゲート電極との間のサージ耐性を向上させることが可能となる。
図１は、実施の形態１に係る半導体装置を示す等価回路図である。 図２は、実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。 図３は、実施の形態２に係る半導体装置を示す等価回路図である。 図４は、実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。 図５は、実施の形態２の変形例に係る半導体装置を示す等価回路図である。 図６は、実施の形態２の変形例に係る半導体装置を示す断面図である。 図７は、実施の形態３に係る半導体装置を示す等価回路図である。 図８は、実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。 図９は、実施の形態４に係る半導体装置を示す等価回路図である。 図１０は、実施の形態４に係る半導体装置を示す断面図である。 図１１は、実施の形態４の変形例に係る半導体装置を示す等価回路図である。 図１２は、実施の形態４の変形例に係る半導体装置を示す断面図である。
　以下、本開示の実施の形態に係る半導体装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものであり、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定するものではない。
　（実施の形態１）
　以下に、本開示の実施の形態１に係る半導体装置１について、図面を参照しながら説明する。
　図１は、実施の形態１に係る半導体装置１を示す等価回路図を示し、図２は、実施の形態１に係る半導体装置１を示す断面図である。図１及び図２に示すように、本実施の形態に係る半導体装置１は、第１の双方向スイッチ素子１０２と、第１の電界効果トランジスタ素子２０２と、第２の電界効果トランジスタ素子３０２とで構成される。
　図１と図２に示す第１の双方向スイッチ素子１０２は、第１のオーミック電極１１６と第２のオーミック電極１１８との間の導通を、第１のゲート電極１１２及び第２のゲート電極１１４で制御する双方向スイッチ素子である。また、第１の電界効果トランジスタ素子２０２および第２の電界効果トランジスタ素子３０２は、それぞれ、第１の双方向スイッチ素子１０２を保護する第１の保護用素子および第２の保護用素子である。
　図２に示すように、本実施の形態では、シリコンからなる基板１０４上に、厚さが１～２μｍのアンドープのＧａＮからなるチャネル層１０６と、厚さが５０ｎｍのアンドープのＡｌＧａＮからなるバリア層１０８とが、この順で形成されている。ここで、「アンドープ」とは、不純物が意図的に導入されていないことを意味し、意図せず炭素等の不純物が導入されていてもよい。その際、炭素不純物濃度は１×１０１４ｃｍ－３以下であることが望ましい。チャネル層１０６上にバリア層１０８が堆積されると、自発分極又はピエゾ分極によって、接合界面に高濃度の二次元電子ガスが発生し、第１のチャネル領域１１０、第２のチャネル領域２０４及び第３のチャネル領域３０４が形成される。
　チャネル層１０６の材料として、ＡｌａＧａ１－ａＮ（但し、０≦ａ≦１）を用い、バリア層１０８の材料として、ＡｌｂＧａ１－ｂＮ（但し、０＜ｂ≦１、ｂ＞ａである）を用いる。本実施の形態では、チャネル層１０６の材料として、例えばＧａＮ（即ち、ａ＝０である）を用い、バリア層１０８の材料として、例えばＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ（即ち、ｂ＝０．２）を用いる。
　第２のチャネル領域２０４は、第１のチャネル領域１１０と、第１の素子分離領域２０６を設けることで分離されている。第３のチャネル領域３０４は、第１のチャネル領域１１０及び第２のチャネル領域２０４と、第２の素子分離領域３０６を設けることで分離されている。第１の素子分離領域２０６及び第２の素子分離領域３０６は、チャネル層１０６及びバリア層１０８にホウ素又は鉄等のイオンを注入して形成すればよい。
　バリア層１０８を含むチャネル層１０６（ｎ型の第１の化合物半導体層）の上には、第１のオーミック電極１１６（第１の電極）、第２のオーミック電極１１８（第２の電極）、第１のオーミック電極１１６と第２のオーミック電極１１８との間に形成された第１のゲート電極１１２、及び、第１のゲート電極１１２と第２のオーミック電極１１８との間に形成された第２のゲート電極１１４がそれぞれ形成されている。なお、第１のオーミック電極１１６と第２のオーミック電極１１８とは、第１のチャネル領域１１０とオーミック接合を形成していればよく、リセスが設けられていても良い。具体的には、第１のオーミック電極１１６及び第２のオーミック電極１１８は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせた積層体とすればよい。以上より、第１のチャネル領域１１０をチャネルとする第１の双方向スイッチ素子１０２を実現する。
　第１のゲート電極１１２、第２のゲート電極１１４、第１のオーミック電極１１６及び第２のオーミック電極１１８は、それぞれ、第１の外部ゲート端子１２２、第２の外部ゲート端子１２４、第１の外部オーミック端子１２６及び第２の外部オーミック端子１２８に、配線１３２、配線１３４、配線１３６及び配線１３８を介して接続されている。
　加えて、バリア層１０８を含むチャネル層１０６（ｎ型の第２の化合物半導体層）の上には、第３のオーミック電極２１４（第３の電極）、第４のオーミック電極２１６（第４の電極）、及び、第３のオーミック電極２１４と第４のオーミック電極２１６との間に形成された第３のゲート電極２１２がそれぞれ形成されている。第３のオーミック電極２１４と第４のオーミック電極２１６とは、第２のチャネル領域２０４とオーミック接合を形成していればよく、リセスが設けられていても良い。具体的には、第３のオーミック電極２１４及び第４のオーミック電極２１６は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせた積層体とすればよい。以上より、第２のチャネル領域２０４をチャネルとする第１の電界効果トランジスタ素子２０２を実現する。
　さらに、バリア層１０８を含むチャネル層１０６（ｎ型の第３の化合物半導体層）の上には、第５のオーミック電極３１４（第５の電極）、第６のオーミック電極３１６（第６の電極）、及び、第５のオーミック電極３１４と第６のオーミック電極３１６との間に形成された第４のゲート電極３１２がそれぞれ形成されている。第５のオーミック電極３１４と第６のオーミック電極３１６とは、第３のチャネル領域３０４とオーミック接合を形成していればよく、リセスが設けられていても良い。具体的には、第５のオーミック電極３１４及び第６のオーミック電極３１６は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせた積層体とすればよい。以上より、第３のチャネル領域３０４をチャネルとする第２の電界効果トランジスタ素子３０２を実現する。
　第１のオーミック電極１１６は、配線１４０を介して第３のゲート電極２１２に接続されている。第１のゲート電極１１２は、配線１４２を介して第３のオーミック電極２１４に接続されている。第２のオーミック電極１１８は、配線１４４を介して第４のゲート電極３１２に接続されている。第２のゲート電極１１４は、配線１４６を介して第５のオーミック電極３１４に接続されている。第４のオーミック電極２１６は、配線１４８を介して第６のオーミック電極３１６に電気的に接続されている。
　ここで、図１と図２に示す第１の双方向スイッチ素子１０２における、第１のオーミック電極１１６または第１のゲート電極１１２の何れかと、第２のオーミック電極１１８または第２のゲート電極１１４の何れかとの間の最大許容印加電圧をＶｍａｘとする。また、第１の電界効果トランジスタ素子２０２における、第３のオーミック電極２１４または第３のゲート電極２１２の何れかと、第４のオーミック電極２１６との間の耐圧をＶｂ１、第２の電界効果トランジスタ素子３０２における、第５のオーミック電極３１４または第４のゲート電極３１２の何れかと、第６のオーミック電極３１６との間の耐圧をＶｂ２とする。この場合、
　　　　Ｖｍａｘ＜Ｖｂ１＋Ｖｂ２　　　（式１）
の関係を満たすように、第１の双方向スイッチ素子１０２、第１の電界効果トランジスタ素子２０２および第２の電界効果トランジスタ素子３０２を設計する。このように設計することで、第１の双方向スイッチ素子１０２の通常のスイッチ動作に対して、第１の電界効果トランジスタ素子２０２および第２の電界効果トランジスタ素子３０２は影響を及ぼさない。なお、ここで言う第１の双方向スイッチ素子１０２の許容印加最大電圧Ｖｍａｘは、通常スイッチ動作時に素子に印加可能な最大電圧であり、素子の耐圧よりは低い値である。
　特にＧａＮを用いた素子の場合はアバランシェ耐量が小さいために、第１の双方向スイッチ素子１０２の許容印加最大電圧Ｖｍａｘを、例えば６００Ｖとした場合、耐圧は１０００Ｖ程度に設計する。この時、Ｖｂ１及びＶｂ２の値は、それぞれ、例えば３００Ｖ以上に設計することが必要である。保護素子に流れる不要なリーク電流を低減するために、第１の双方向スイッチ素子１０２の耐圧である１０００Ｖと同等以上に設計することが更に好ましい。
　より具体的な素子設計の点においては、第１の電界効果トランジスタ素子２０２における、第３のゲート電極２１２と第４のオーミック電極２１６との間の距離と、第２の電界効果トランジスタ素子３０２における第４のゲート電極３１２と第６のオーミック電極３１６との間の距離の和を、第１の双方向スイッチ素子１０２の第１のゲート電極１１２と第２のゲート電極１１４との間の距離以上にすることが好ましい。これは、ＧａＮを用いた電界効果トランジスタにおいては、耐圧は電極間の距離にほぼ比例するためである。
　第１の双方向スイッチ素子１０２の第１のゲート電極１１２と第２のゲート電極１１４と間において、第１の外部ゲート端子１２２及び第２の外部ゲート端子１２４を通じて、第２のゲート電極１１４に対して第１のゲート電極１１２に正のサージが印加された場合を考える。その際、第１のゲート電極１１２に接続された第３のオーミック電極２１４との容量結合によって、浮遊電極となっている第３のゲート電極２１２の電位が上昇し、第１の電界効果トランジスタ素子２０２がオン状態となる。そのため、第１のゲート電極１１２に印加された正のサージ電流は、第３のオーミック電極２１４を介して第４のオーミック電極２１６まで流れる。続いて、第４のオーミック電極２１６まで流れたサージ電流は、第４のオーミック電極２１６に接続された第６のオーミック電極３１６との容量結合によって、浮遊電極となっている第４のゲート電極３１２の電位を上昇させる。そのため、第２の電界効果トランジスタ素子３０２がオン状態となる。従って、第４のオーミック電極２１６まで流れたサージ電流は、第６のオーミック電極３１６及び第５のオーミック電極３１４を通じて第２のゲート電極１１４へ流すことが出来る。
　逆に、第１の外部ゲート端子１２２及び第２の外部ゲート端子１２４を通じて、第１のゲート電極１１２に対して第２のゲート電極１１４に正のサージが印加された場合を考える。第２のゲート電極１１４に接続された第５のオーミック電極３１４との容量結合によって、浮遊電極となっている第４のゲート電極３１２の電位が上昇し、第２の電界効果トランジスタ素子３１２がオン状態となる。そのため第２のゲート電極１１４に印加された正のサージ電流は、第５のオーミック電極３１４を介して第６のオーミック電極３１６まで流れる。続いて、第６のオーミック電極３１６まで流れたサージ電流は、第６のオーミック電極３１６に接続された第４のオーミック電極２１６との容量結合によって、浮遊電極となっている第３のゲート電極２１２の電位を上昇させる。そのため第１の電界効果トランジスタ素子２０２がオン状態となる。従って、第６のオーミック電極３１６まで流れたサージ電流は、第４のオーミック電極２１６及び第３のオーミック電極２１４を通じて第１のゲート電極１１２へ流すことが出来る。
　以上より、第１のゲート電極１１２と第２のゲート電極１１４との間に生じた正負のサージ電圧を緩和させることが可能となる。
　本実施の形態において、第３のゲート電極２１２は、第３のゲート電極２１２から第２のチャネル領域２０４方向に向かって電流を流す機能を有する材料とすることが好ましい。
　このようにすることで、第１のゲート電極１１２と第１のオーミック電極１１６との間において、第１のオーミック電極１１６に正バイアスを印加するサージの耐性向上、及び第２のゲート電極１１４と第１のオーミック電極１１６との間において、第１のオーミック電極１１６に正バイアスを印加するサージの耐性向上が可能となる。
　まず、第１の双方向スイッチ素子１０２の第１のゲート電極１１２と第１のオーミック電極１１６との間において、第１の外部ゲート端子１２２及び第１の外部オーミック端子１２６を通じて、第１のオーミック電極１１６に正のサージが印加された場合を考える。その際、第１の電界効果トランジスタ素子２０２は、第３のゲート電極２１２から第２のチャネル領域２０４方向に向かって電流を流す機能を有しているため、第１のオーミック電極１１６に印加された正のサージは、第３のゲート電極２１２から第３のオーミック電極２１４を通じて、第１のゲート電極１１２にサージを流すことが可能となる。以上より、第１のゲート電極１１２と第１のオーミック電極１１６との間において、第１のオーミック電極１１６に正バイアスを印加するサージの耐性を向上できる。
　続いて、第１の双方向スイッチ素子１０２の第２のゲート電極１１４と第１のオーミック電極１１６との間において、第２の外部ゲート端子１２４及び第１の外部オーミック端子１２６を通じて、第１のオーミック電極１１６に正のサージが印加された場合を考える。その際、第１の電界効果トランジスタ素子２０２は、第３のゲート電極２１２から第２のチャネル領域２０４方向に向かって電流を流す機能を有しているため、第１のオーミック電極１１６に印加された正のサージは、第３のゲート電極２１２から第４のオーミック電極２１６までサージ電流を流すことが出来る。第４のオーミック電極２１６まで流れたサージ電流は、第４のオーミック電極２１６に接続された第６のオーミック電極３１６との容量結合によって、浮遊電極となっている第４のゲート電極３１２の電位を上昇させる。そのため、第２の電界効果トランジスタ素子３０２がオン状態となる。従って、第４のオーミック電極２１６まで流れたサージ電流は、第６のオーミック電極３１６及び第５のオーミック電極３１４を通じて第２のゲート電極１１４へ流すことが出来る。以上より、第２のゲート電極１１４と第１のオーミック電極１１６との間において、第１のオーミック電極１１６に正バイアスを印加するサージの耐性を向上できる。
　具体的に、第３のゲート電極２１２は、バリア層１０８にショットキー接合する、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせた積層体、もしくはｐ型半導体をチャネル層１０６側に形成し、その上にＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせて堆積させた積層体とすればよい。本実施の形態において、第３のゲート電極２１２にｐ型半導体と金属との積層体を採用する場合、ｐ型半導体は、例えばマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたｐ型のＩｎｃＡｌｄＧａ１－（ｃ＋ｄ）Ｎ（但し、０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ≦１である）からなり、好ましくはｐ型のＧａＮ（即ち、ｃ＝ｄ＝０）からなる。
　本実施の形態において、第４のゲート電極３１２は、第４のゲート電極３１２から第３のチャネル領域３０４への方向に向かって電流を流す機能を有する材料とすることが好ましい。
　このようにすることで、第２のゲート電極１１４と第２のオーミック電極１１８との間において、第２のオーミック電極１１８に正バイアスを印加するサージの耐性向上、及び第１のゲート電極１１２と第２のオーミック電極１１８との間において、第２のオーミック電極１１８に正バイアスを印加するサージの耐性向上が可能となる。
　まず、第１の双方向スイッチ素子１０２の第２のゲート電極１１４と第２のオーミック電極１１８との間において、第２の外部ゲート端子１２４及び第２の外部オーミック端子１２８を通じて、第２のオーミック電極１１８に正のサージが印加された場合を考える。その際、第２の電界効果トランジスタ素子３０２は、第４のゲート電極３１２から第３のチャネル領域３０４への方向に向かって電流を流す機能を有しているため、第２のオーミック電極１１８に印加された正のサージは、第４のゲート電極３１２から第５のオーミック電極３１４を通じて、第２のゲート電極１１４にサージを流すことが可能となる。以上より、第２のゲート電極１１４と第２のオーミック電極１１８との間において、第２のオーミック電極１１８に正バイアスを印加するサージの耐性を向上できる。
　続いて、第１の双方向スイッチ素子１０２の第１のゲート電極１１２と第２のオーミック電極１１８との間において、第１の外部ゲート端子１２２及び第２の外部オーミック端子１２８を通じて、第２のオーミック電極１１８に正のサージが印加された場合を考える。その際、第２の電界効果トランジスタ素子３０２は、第４のゲート電極３１２から第３のチャネル領域３０４への方向に向かって電流を流す機能を有しているため、第２のオーミック電極１１８に印加された正のサージは、第４のゲート電極３１２から第６のオーミック電極３１６までサージ電流を流すことが出来る。第６のオーミック電極３１６まで流れたサージ電流は、第６のオーミック電極３１６に接続された第４のオーミック電極２１６との容量結合によって、浮遊電極となっている第３のゲート電極２１２の電位を上昇させる。そのため、第１の電界効果トランジスタ素子２０２がオン状態となる。すなわち、第６のオーミック電極３１６まで流れたサージ電流は、第４のオーミック電極２１６及び第３のオーミック電極２１４を通じて第１のゲート電極１１２へ流すことが出来る。以上より、第１のゲート電極１１２と第２のオーミック電極１１８との間において、第２のオーミック電極１１８に正バイアスを印加するサージの耐性を向上できる。
　具体的に、第４のゲート電極３１２は、バリア層１０８にショットキー接合する、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせた積層体、もしくはｐ型半導体をチャネル層１０６側に形成し、その上にＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせて堆積させた積層体とすればよい。本実施の形態において、第４のゲート電極３１２にｐ型半導体と金属との積層体を採用する場合、ｐ型半導体は、例えばマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたｐ型のＩｎｅＡｌｆＧａ１－（ｅ＋ｆ）Ｎ（但し、０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１、ｅ＋ｆ≦１である）からなり、好ましくはｐ型のＧａＮ（即ち、ｅ＝ｆ＝０）からなる。
　本実施の形態において、第１のゲート電極１１２は、第１のゲート電極１１２から第１のチャネル領域１１０方向に向かって電流を流す機能を有する材料とすることが好ましい。
　このようにすることで、第１のゲート電極１１２と第１のオーミック電極１１６との間において、第１のゲート電極１１２に正バイアスを印加するサージの耐性向上、及び第１のゲート電極１１２と第２のオーミック電極１１８との間において、第１のゲート電極１１２に正バイアスを印加するサージの耐性の向上が可能となる。
　まず、第１の双方向スイッチ素子１０２の第１のゲート電極１１２と第１のオーミック電極１１６との間において、第１の外部ゲート端子１２２及び第１の外部オーミック端子１２６を通じて、第１のゲート電極１１２に正のサージが印加された場合を考える。その際、第１の双方向スイッチ素子１０２は、第１のゲート電極１１２から第１のチャネル領域１１０方向に向かって電流を流す機能を有しているため、第１のゲート電極１１２に印加された正のサージは、第１のゲート電極１１２から第１のオーミック電極１１６にサージを流すことが可能となる。以上より、第１のゲート電極１１２と第１のオーミック電極１１６との間において、第１のゲート電極１１２に正バイアスを印加するサージの耐性を向上できる。
　続いて、第１の双方向スイッチ素子１０２の第１のゲート電極１１２と第２のオーミック電極１１８との間において、第１の外部ゲート端子１２２及び第２の外部オーミック端子１２８を通じて、第１のゲート電極１１２に正のサージが印加された場合を考える。その際、第１の双方向スイッチ素子１０２は、第１のゲート電極１１２から第１のチャネル領域１１０方向に向かって電流を流す機能を有しており、かつ第２のゲート電極１１４は浮遊電極となっている。このため、第１のゲート電極１１２に印加されたサージ電流は第２のオーミック電極１１８へ流すことが出来る。以上より、第１のゲート電極１１２と第２のオーミック電極１１８との間において、第１のゲート電極１１２に正バイアスを印加するサージの耐性を向上できる。
　具体的に、第１のゲート電極１１２は、バリア層１０８にショットキー接合する、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせた積層体、もしくはｐ型半導体をチャネル層１０６側に形成し、その上にＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせて堆積させた積層体とすればよい。本実施の形態において、第１のゲート電極１１２にｐ型半導体と金属との積層体を採用する場合、ｐ型半導体は、例えばマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたｐ型のＩｎｇＡｌｈＧａ１－（ｇ＋ｈ）Ｎ（但し、０≦ｇ≦１、０≦ｈ≦１、ｇ＋ｈ≦１である）からなり、好ましくはｐ型のＧａＮ（即ち、ｇ＝ｈ＝０）からなる。
　本実施形態において、第２のゲート電極１１４は、第２のゲート電極１１４から第１のチャネル領域１１０方向に向かって電流を流す機能を有する材料とすることが好ましい。
　このようにすることで、第２のゲート電極１１４と第２のオーミック電極１１８との間において、第２のゲート電極１１４に正バイアスを印加するサージの耐性向上、及び第２のゲート電極１１４と第１のオーミック電極１１６との間において、第２のゲート電極１１４に正バイアスを印加するサージの耐性向上が可能となる。
　まず、第１の双方向スイッチ素子１０２の第２のゲート電極１１４と第２のオーミック電極１１８との間において、第２の外部ゲート端子１２４及び第２の外部オーミック端子１２８を通じて、第２のゲート電極１１４に正のサージが印加された場合を考える。その際、第１の双方向スイッチ素子１０２は、第２のゲート電極１１４から第１のチャネル領域１１０方向に向かって電流を流す機能を有しているため、第２のゲート電極１１４に印加された正のサージは、第２のゲート電極１１４から第２のオーミック電極１１８にサージを流すことが可能となる。以上より、第２のゲート電極１１４と第２のオーミック電極１１８との間において、第２のゲート電極１１４に正バイアスを印加するサージの耐性を向上できる。
　続いて、第１の双方向スイッチ素子１０２の第２のゲート電極１１４と第１のオーミック電極１１６との間において、第２の外部ゲート端子１２４及び第１の外部オーミック端子１２６を通じて、第２のゲート電極１１４に正のサージが印加された場合を考える。その際、第１の双方向スイッチ素子１０２は、第２のゲート電極１１４から第１のチャネル領域１１０方向に向かって電流を流す機能を有しており、かつ第１のゲート電極１１２は浮遊電極となっている。このため、第２のゲート電極１１４に印加されたサージ電流は第１のオーミック電極１１６へ流すことが出来る。以上より、第２のゲート電極１１４と第１のオーミック電極１１６との間において、第２のゲート電極１１４に正バイアスを印加するサージの耐性を向上できる。
　具体的に、第２のゲート電極１１４は、バリア層１０８にショットキー接合する、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせた積層体、もしくはｐ型半導体をチャネル層１０６側に形成し、その上にＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせて堆積させた積層体とすればよい。本実施の形態において、第２のゲート電極１１４にｐ型半導体と金属との積層体を採用する場合、ｐ型半導体は、例えばマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたｐ型のＩｎｉＡｌｊＧａ１－（ｉ＋ｊ）Ｎ（但し、０≦ｉ≦１、０≦ｊ≦１、ｉ＋ｊ≦１である）からなり、好ましくはｐ型のＧａＮ（即ち、ｉ＝ｊ＝０）からなる。
　なお、本実施に形態において、第１の電界効果トランジスタ素子２０２及び第２の電界効果トランジスタ素子３０２は、ノーマリーオフ型が好ましい。つまり、第３のゲート電極２１２及び第４のゲート電極３１２は、バリア層１０８及びチャネル層１０６中に第３のゲート電極２１２及び第４のゲート電極３１２から基板１０４側に向かって空乏層を形成する材料とする。このようにすることで、第１の双方向スイッチ素子１０２の第１のオーミック電極１１６と第１のゲート電極１１２との間、及び、第２のオーミック電極１１８と第２のゲート電極１１４との間の電圧が０Ｖである場合には、第３のゲート電極２１２と第３のオーミック電極２１４との間、及び、第４のゲート電極３１２と第５のオーミック電極３１４との間の電圧も０Ｖとなる。このため、第１の電界効果トランジスタ素子２０２及び第２の電界効果トランジスタ素子３０２がオフ状態となり、第１の双方向スイッチ素子１０２の動作に悪影響を与えない。
　また、第１の双方向スイッチ素子１０２は、ノーマリーオフ型であっても良い。つまり、第１のゲート電極１１２及び第２のゲート電極１１４は、バリア層１０８及びチャネル層１０６中に第１のゲート電極１１２及び第２のゲート電極１１４から基板１０４側に向かって空乏層を形成する材料とする。このようにすることで、半導体装置１をパワースイッチング素子として適用した際に、仮にゲート駆動回路が故障を起こしたとしても、短絡等の事故を未然に防ぎ、機器の安全性を確保できる。
　また、第１の電界効果トランジスタ素子２０２及び第２の電界効果トランジスタ素子３０２における電極作製プロセスは、第１の双方向スイッチ素子１０２と同一としてもよい。このようにすることで製造工程を簡略化できる。
　また、第１の電界効果トランジスタ素子２０２及び第２の電界効果トランジスタ素子３０２は、第１の双方向スイッチ素子１０２に比べ素子サイズが小さくてもよい。このようにすることで、新たに加える第１の電界効果トランジスタ素子２０２及び第２の電界効果トランジスタ素子３０２によって、第１の双方向スイッチ素子１０２の寄生容量の増加を抑えることが出来る。具体的に、第１の電界効果トランジスタ素子２０２及び第２の電界効果トランジスタ素子３０２の素子サイズは、第１の双方向スイッチ素子１０２の素子サイズに比べ、１００分の１程度が好ましい。
　また、第１の電界効果トランジスタ素子２０２及び第２の電界効果トランジスタ素子３０２におけるチャネル層１０６及びバリア層１０８は、第１の双方向スイッチ素子１０２におけるチャネル層１０６及びバリア層１０８と、それぞれ異なる材料としてもよい。つまり、基板１０４を共通として、第１の電界効果トランジスタ素子２０２及び第２の電界効果トランジスタ素子３０２は、それぞれ第１の双方向スイッチ素子１０２と異なる材料の半導体素子としてもよい。
　また、第１の電界効果トランジスタ素子２０２における基板１０４（第２の基板）及び第２の電界効果トランジスタ素子３０２における基板１０４（第３の基板）は、それぞれ第１の双方向スイッチ素子１０２における基板１０４（第１の基板）と異なる基板とし、分離された基板にて、異なる製造工程にて作製されていても良い。
　また、シリコンからなる基板１０４の代わりに、例えば、サファイア基板、ＳｉＣ基板又はＧａＮ基板等を用いてもよい。
　（実施の形態２）
　以下に、本開示の実施の形態２に係る半導体装置２について、図面を参照しながら説明する。
　図３は、実施の形態２に係る半導体装置２を示す等価回路図を示し、図４は、実施の形態２に係る半導体装置２を示す断面図である。図３及び図４において、図１及び図２と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
　本実施の形態では、図３に示すように、実施の形態１に加えて、第３のオーミック電極２１４から第１のゲート電極１１２までの電流経路中に、高抵抗素子からなる第１の電圧降下素子４０２が配置され、第５のオーミック電極３１４から第２のゲート電極１１４までの電流経路中に、高抵抗素子からなる第２の電圧降下素子５０２が配置されている。その他の構成については、実施の形態１と同様である。
　図４に示すように、バリア層１０８を含むチャネル層１０６上には、電極４１４及び電極４１６がそれぞれ形成され、第４のチャネル領域４０４を流れる第１の電圧降下素子４０２を構成する。同様に、バリア層１０８を含むチャネル層１０６上には、電極５１４及び電極５１６がそれぞれ形成され、第５のチャネル領域５０４を流れる第２の電圧降下素子５０２を構成する。第４のチャネル領域４０４は、第１のチャネル領域１１０、第２のチャネル領域２０４及び第３のチャネル領域３０４と同様に、チャネル層１０６とバリア層１０８との接合界面に生じる高濃度の二次元電子ガスにより形成される。また、第４のチャネル領域４０４は、第１のチャネル領域１１０、第２のチャネル領域２０４及び第３のチャネル領域３０４と、第３の素子分離領域４０６を設けることで分離されている。同様に、第５のチャネル領域５０４は、第１のチャネル領域１１０、第２のチャネル領域２０４、第３のチャネル領域３０４及び第４のチャネル領域４０４と、第４の素子分離領域５０６を設けることで分離されている。第３の素子分離領域４０６及び第４の素子分離領域５０６は、チャネル層１０６及びバリア層１０８に、ホウ素又は鉄等のイオンを注入して形成すればよい。
　第１の電圧降下素子４０２は、実施の形態１における、第３のオーミック電極２１４から第１のゲート電極１１２の電流経路に挿入される。接続方法としては、電極４１４及び電極４１６は、それぞれ、第３のオーミック電極２１４及び第１のゲート電極１１２に、配線４３２及び配線４３４を介して接続される。なお、電極４１４及び電極４１６の少なくとも一方は、第４のチャネル領域４０４と高抵抗で接続されていれば良い。例えば、電極４１４及び電極４１６の少なくとも一方は、窒化シリコン、酸化シリコン等の絶縁物をチャネル層１０６側に形成し、その上にＴｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせて堆積させた積層体とすればよい。電極４１４及び電極４１６の内、第４のチャネル領域４０４と高抵抗で接続させない電極は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせた積層体とすればよい。
　第２の電圧降下素子５０２は、実施の形態１における、第５のオーミック電極３１４から第２のゲート電極１１４の電流経路に挿入される。接続方法としては、電極５１４及び電極５１６は、それぞれ、第５のオーミック電極３１４及び第２のゲート電極１１４に、配線５３２及び配線５３４を介して接続される。なお、電極５１４及び電極５１６の少なくとも一方は、第５のチャネル領域５０４と高抵抗で接続されていれば良い。例えば、電極５１４及び電極５１６の少なくとも一方は、窒化シリコン、酸化シリコン等の絶縁物をチャネル層１０６側に形成し、その上にＴｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせて堆積させた積層体とすればよい。電極５１４及び電極５１６の内、第５のチャネル領域５０４と高抵抗で接続させない電極は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせた積層体とすればよい。
　実施の形態１では、第１の双方向スイッチ素子１０２に第１の電界効果トランジスタ素子２０２及び第２の電界効果トランジスタ素子３０２を導入する事で、第１のオーミック電極１１６から第１のゲート電極１１２に向かって、第３のゲート電極２１２から第３のオーミック電極２１４を経由した電流パスが存在する。同様に、第２のオーミック電極１１８から第２のゲート電極１１４に向かって、第４のゲート電極３１２から第５のオーミック電極３１４を経由した電流パスが存在する。この電流パスがサージを流す電流パスとなるが、同時に、第１のオーミック電極１１６から第１のゲート電極１１２へ流れるリーク電流パス、及び、第２のオーミック電極１１８から第２のゲート電極１１４へ流れるリーク電流パスとなる。そのために、第１のゲート電極１１２及び第２のゲート電極１１４に負電圧を印加するような駆動ができない。
　これに対して、本実施の形態では、第３のオーミック電極２１４から第１のゲート電極１１２までの電流経路中に高抵抗素子からなる第１の電圧降下素子４０２が配置され、第５のオーミック電極３１４から第２のゲート電極１１４までの電流経路中に高抵抗素子からなる第２の電圧降下素子５０２が配置されている。そのため、第１のオーミック電極１１６から第１のゲート電極１１２へ流れるリーク電流及び第２のオーミック電極１１８から第２のゲート電極１１４へ流れるリーク電流を抑制することが可能となる。
　従って、サージの耐性を向上させつつ、第１のオーミック電極１１６から第１のゲート電極１１２への方向のリーク電流及び第２のオーミック電極１１８から第２のゲート電極１１４への方向のリーク電流を抑え、第１の双方向スイッチ素子１０２の第１のゲート電極１１２及び第２のゲート電極１１４に負電圧を印加する駆動に対応させる事が可能となる。すなわち、保護素子となる第１の電界効果トランジスタ素子２０２及び第２の電界効果トランジスタ素子３０２が、負電圧駆動させる第１の双方向スイッチ素子１０２の正常動作を妨げることは無い。
　また、挿入する第１の電圧降下素子４０２及び第２の電圧降下素子５０２はそれぞれ１つではなく、複数直列に接続されていてもよい。このようにすることで、第１のオーミック電極１１６から第１のゲート電極１１２への方向のリーク電流抑制効果、及び、第２のオーミック電極１１８から第２のゲート電極１１４への方向のリーク電流抑制効果が高まり、第１のゲート電極１１２及び第２のゲート電極１１４に、より大きな負電圧を印加する駆動に対応させる事が可能となる。
　また、第１の電圧降下素子４０２及び第２の電圧降下素子５０２は高抵抗素子としていたが、第１のオーミック電極１１６からの第１のゲート電極１１２への方向、及び、第２のオーミック電極１１８からの第２のゲート電極１１４への方向への電流を妨げる素子であればよく、具体的には、ダイオード素子やインダクタ素子でもよい。
　また、第１の電圧降下素子４０２及び第２の電圧降下素子５０２における電極作製プロセスは、第１の双方向スイッチ素子１０２と同一にて形成してもよい。このようにすることで製造工程を簡略化できる。
　また、第１の電圧降下素子４０２及び第２の電圧降下素子５０２は、第１の双方向スイッチ素子１０２に比べ素子サイズが小さくてもよい。このようにすることで、新たに加える第１の電圧降下素子４０２及び第２の電圧降下素子５０２によって、第１の双方向スイッチ素子１０２の寄生容量増加を抑えることが出来る。具体的に、第１の電圧降下素子４０２及び第２の電圧降下素子５０２の素子サイズは、第１の双方向スイッチ素子１０２の素子サイズに比べ、１００分の１程度が好ましい。
　また、第１の電圧降下素子４０２及び第２の電圧降下素子５０２におけるチャネル層１０６及びバリア層１０８は、第１の双方向スイッチ素子１０２、第１の電界効果トランジスタ素子２０２及び第２の電界効果トランジスタ素子３０２におけるチャネル層１０６及びバリア層１０８と、異なる材料としてもよい。つまり、基板１０４を共通として、第１の電圧降下素子４０２及び第２の電圧降下素子５０２は、第１の双方向スイッチ素子１０２、第１の電界効果トランジスタ素子２０２及び第２の電界効果トランジスタ素子３０２と異なる材料で形成としてもよい。
　また、第１の電圧降下素子４０２及び第２の電圧降下素子５０２における基板１０４は、第１の双方向スイッチ素子１０２、第１の電界効果トランジスタ素子２０２及び第２の電界効果トランジスタ素子３０２における基板１０４と、異なる材料としてもよい。つまり、第１の電圧降下素子４０２及び第２の電圧降下素子５０２は、第１の双方向スイッチ素子１０２、第１の電界効果トランジスタ素子２０２及び第２の電界効果トランジスタ素子３０２と異なる基板、異なる製造工程にて形成し、ワイヤー等で接続されてもよい。
　（実施の形態２の変形例）
　以下に、実施の形態２の変形例に係る半導体装置２Ａについて、図面を参照しながら説明する。
　図５は、実施の形態２の変形例に係る半導体装置２Ａを示す等価回路図であり、図６は、実施の形態２の変形例に係る半導体装置２Ａを示す断面図である。図５及び図６において、図１及び図２と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
　本変形例では、第１のオーミック電極１１６から第３のゲート電極２１２までの電流経路中に、ダイオード素子からなる第３の電圧降下素子６０２が配置され、第２のオーミック電極１１８から第４のゲート電極３１２までの電流経路中に、ダイオード素子からなる第４の電圧降下素子７０２が配置されている。
　図６に示すように、バリア層１０８を含むチャネル層１０６上には、第１のアノード電極６１４及び第１のカソード電極６１６がそれぞれ形成され、第３の電圧降下素子６０２を構成する。同様に、バリア層１０８を含むチャネル層１０６上には、第２のアノード電極７１４及び第２のカソード電極７１６がそれぞれ形成され、第４の電圧降下素子７０２を構成する。第６のチャネル領域６０４及び第７のチャネル領域７０４は、第１のチャネル領域１１０、第２のチャネル領域２０４及び第３のチャネル領域３０４と同様に、チャネル層１０６とバリア層１０８との接合界面に生じる高濃度の二次元電子ガスにより形成される。また、第６のチャネル領域６０４は、第１のチャネル領域１１０、第２のチャネル領域２０４及び第３のチャネル領域３０４と、第５の素子分離領域６０６を設けることで分離されている。同様に、第７のチャネル領域７０４は、第１のチャネル領域１１０、第２のチャネル領域２０４、第３のチャネル領域３０４及び第６のチャネル領域６０４と、第６の素子分離領域７０６を設けることで分離されている。第５の素子分離領域６０６及び第６の素子分離領域７０６は、チャネル層１０６及びバリア層１０８にホウ素又は鉄等のイオンを注入して形成すればよい。
　第３の電圧降下素子６０２の電流は、第１のアノード電極６１４から第６のチャネル領域６０４を経由して、第１のカソード電極６１６へ流れる。第３の電圧降下素子６０２は、実施の形態１における、第１のオーミック電極１１６から第３のゲート電極２１２の電流経路に挿入される。接続方法としては、第１のアノード電極６１４及び第１のカソード電極６１６は、それぞれ、第１のオーミック電極１１６及び第３のゲート電極２１２に、配線６３２及び配線６３４を介して接続される。
　第４の電圧降下素子７０２の電流は、第２のアノード電極７１４から第７のチャネル領域７０４を経由して、第２のカソード電極７１６へ流れる。第４の電圧降下素子７０２は、実施の形態１における、第２のオーミック電極１１８から第４のゲート電極３１２の電流経路に挿入される。接続方法としては、第２のアノード電極７１４及び第２のカソード電極７１６は、それぞれ、第２のオーミック電極１１８及び第４のゲート電極３１２に、配線７３２及び配線７３４を介して接続される。
　なお、第１のカソード電極６１６及び第２のカソード電極７１６は、それぞれ、第６のチャネル領域６０４及び第７のチャネル領域７０４とオーミック接合を形成していればよく、リセスが設けられていても良い。
　また、第１のアノード電極６１４及び第２のアノード電極７１４は、それぞれ、バリア層１０８及びチャネル層１０６中に、第１のアノード電極６１４及び第２のアノード電極７１４から基板１０４側に向かって空乏層を形成する材料とする。加えて、第１のアノード電極６１４及び第２のアノード電極７１４は、第１のアノード電極６１４及び第２のアノード電極７１４から、それぞれ、第６のチャネル領域６０４及び第７のチャネル領域７０４方向に向かって、電流を流す機能を有する材料とする。
　第１のカソード電極６１６及び第２のカソード電極７１６は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせた積層体とすればよい。
　第１のアノード電極６１４及び第２のアノード電極７１４は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせた積層体、もしくはｐ型半導体をチャネル層１０６側に形成し、その上にＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせて堆積させた積層体とすればよい。本変形例にて第１のアノード電極６１４及び第２のアノード電極７１４にｐ型半導体と金属との積層体を採用する場合、ｐ型半導体は、例えばマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたｐ型のＩｎｋＡｌｌＧａ１－（ｋ＋ｌ）Ｎ（但し、０≦ｋ≦１、０≦ｌ≦１、ｋ＋ｌ≦１である）からなり、好ましくはｐ型のＧａＮ（即ち、ｋ＝ｌ＝０）からなる。
　実施の形態２では、第３のオーミック電極２１４から第１のゲート電極１１２までの電流経路中に第１の電圧降下素子４０２が配置され、第５のオーミック電極３１４から第２のゲート電極１１４までの電流経路中に第２の電圧降下素子５０２が配置されている。そのため、第１のオーミック電極１１６から第１のゲート電極１１２への方向のリーク電流及び第２のオーミック電極１１８から第２のゲート電極１１４への方向のリーク電流を抑え、第１の双方向スイッチ素子１０２の第１のゲート電極１１２及び第２のゲート電極１１４に負電圧を印加する駆動に対応させる事が可能となる。しかしながら、負電圧駆動対応させるために、第１の電圧降下素子４０２及び第２の電圧降下素子５０２を挿入させると、第１の双方向スイッチ素子１０２の第１のゲート電極１１２と第２のゲート電極１１４との間において、サージ電流を十分に流すことが出来ず、サージ耐性を低下させる可能性がある。
　これに対して、本変形例では、第１のオーミック電極１１６から第３のゲート電極２１２までの電流経路中に第３の電圧降下素子６０２が配置され、第２のオーミック電極１１８から第４のゲート電極３１２までの電流経路中に第４の電圧降下素子７０２が配置されている。そのため、第１のオーミック電極１１６から第１のゲート電極１１２に向かって、第３のゲート電極２１２から第３のオーミック電極２１４を経由したリーク電流を低減させることが可能となる。同様に、第２のオーミック電極１１８から第２のゲート電極１１４に向かって、第４のゲート電極３１２から第５のオーミック電極３１４を経由したリーク電流を低減させることが可能となる。加えて、第３の電圧降下素子６０２及び第４の電圧降下素子７０２は、第１のゲート電極１１２と第２のゲート電極１１４との間の電流経路に挿入されていない。このため、第１の電界効果トランジスタ素子２０２及び第２の電界効果トランジスタ素子３０２を挿入させることで向上させた第１のゲート電極１１２と第２のゲート電極１１４との間のサージ耐性を低下させることはない。従って、サージ耐性向上を維持させつつ、第１の双方向スイッチ素子１０２の第１のゲート電極１１２及び第２のゲート電極１１４に負電圧を印加する駆動に対応させる事が可能となる。
　本変形例において、挿入する第３の電圧降下素子６０２及び第４の電圧降下素子７０２は、それぞれ１つではなく、複数直列に接続されていてもよい。このようにすることで、第１のオーミック電極１１６から第１のゲート電極１１２への方向のリーク電流抑制効果、及び第２のオーミック電極１１８から第２のゲート電極１１４への方向のリーク電流抑制効果が高まる。よって、第１の双方向スイッチ素子１０２の第１のゲート電極１１２及び第２のゲート電極１１４に、より大きな負電圧を印加する駆動に対応させる事が可能となる。
　また、本変形例において、実施の形態２のように、第３のオーミック電極２１４から第１のゲート電極１１２までの電流経路中に、第１の電圧降下素子４０２が配置され、第５のオーミック電極３１４から第２のゲート電極１１４までの電流経路中に、第２の電圧降下素子５０２が配置されていてもよい。このようにすることで、第１のオーミック電極１１６から第１のゲート電極１１２への方向及び第２のオーミック電極１１８から第２のゲート電極１１４への方向のリーク電流の抑制効果が高まる。よって、第１の双方向スイッチ素子１０２の第１のゲート電極１１２及び第２のゲート電極１１４に、より大きな負電圧を印加させる駆動に対応する事が可能となる。
　また、第３の電圧降下素子６０２及び第４の電圧降下素子７０２は、トランジスタ構造のダイオードでもよい。具体的に述べると、第１のアノード電極６１４は、トランジスタ構造の第３の電圧降下素子６０２におけるゲート電極とソース電極とを短絡させた構造の電極とし、第１のカソード電極６１６は、トランジスタ構造の第３の電圧降下素子６０２おけるドレイン電極としてもよい。同様に、第２のアノード電極７１４は、トランジスタ構造の第４の電圧降下素子７０２におけるゲート電極とソース電極とを短絡させた構造の電極とし、第２のカソード電極７１６は、トランジスタ構造の第４の電圧降下素子７０２におけるドレイン電極としてもよい。
　また、本変形例において、第３の電圧降下素子６０２及び第４の電圧降下素子７０２はダイオード素子としていたが、第１のオーミック電極１１６からの第１のゲート電極１１２への方向、及び第２のオーミック電極１１８からの第２のゲート電極１１４への方向への電流を妨げる素子であればよい。具体的には、第３の電圧降下素子６０２及び第４の電圧降下素子７０２は、双方向ダイオード素子、高抵抗素子またはインダクタ素子でもよい。
　また、本変形例において、第３の電圧降下素子６０２及び第４の電圧降下素子７０２における電極作製プロセスは、第１の双方向スイッチ素子１０２の電極作製プロセスと同一のプロセスにて形成してもよい。このようにすることで製造工程を簡略化できる。
　また、第３の電圧降下素子６０２及び第４の電圧降下素子７０２は、第１の双方向スイッチ素子１０２に比べ素子サイズが小さくてもよい。このようにすることで、新たに加える第３の電圧降下素子６０２及び第４の電圧降下素子７０２によって、第１の双方向スイッチ素子１０２の寄生容量増加を抑えることが出来る。具体的には、第３の電圧降下素子６０２及び第４の電圧降下素子７０２の素子サイズは、第１の双方向スイッチ素子１０２の素子サイズに比べ、１００分の１程度が好ましい。
　また、第３の電圧降下素子６０２及び第４の電圧降下素子７０２におけるチャネル層１０６及びバリア層１０８は、第１の双方向スイッチ素子１０２、第１の電界効果トランジスタ素子２０２及び第２の電界効果トランジスタ素子３０２におけるチャネル層１０６及びバリア層１０８と、異なる材料としてもよい。つまり、基板１０４を共通として、第３の電圧降下素子６０２及び第４の電圧降下素子７０２は、第１の双方向スイッチ素子１０２、第１の電界効果トランジスタ素子２０２及び第２の電界効果トランジスタ素子３０２と異なる材料の半導体素子で形成してもよい。
　また、第３の電圧降下素子６０２及び第４の電圧降下素子７０２における基板１０４は、第１の双方向スイッチ素子１０２、第１の電界効果トランジスタ素子２０２及び第２の電界効果トランジスタ素子３０２における基板１０４と、異なる材料としてもよい。つまり、第３の電圧降下素子６０２及び第４の電圧降下素子７０２は、第１の双方向スイッチ素子１０２、第１の電界効果トランジスタ素子２０２及び第２の電界効果トランジスタ素子３０２と異なる基板、異なる製造工程にて形成し、ワイヤー等で接続されてもよい。
　（実施の形態３）
　以下に、実施の形態３に係る半導体装置３について、図面を参照しながら説明する。
　図７は、実施の形態３に係る半導体装置３を示す等価回路図であり、図８は、実施の形態３に係る半導体装置３を示す断面図である。図７及び図８において、図１及び図２と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。図７及び図８に示すように、本実施の形態に係る半導体装置３は、第１の双方向スイッチ素子１０２と第２の双方向スイッチ素子８０２とにより構成される。
　図７及び図８に示す第１の双方向スイッチ素子１０２は、第１のオーミック電極１１６と第２のオーミック電極１１８との間の導通を、第１のゲート電極１１２及び第２のゲート電極１１４で制御する双方向スイッチ素子である。また、第２の双方向スイッチ素子８０２は、第１の双方向スイッチ素子１０２を保護する保護用素子である。
　本実施の形態において、図８に示すように、バリア層１０８を含むチャネル層１０６（ｎ型の第４の化合物半導体層）の上には、第７のオーミック電極８１６（第７の電極）及び第８のオーミック電極８１８（第８の電極）と、第７のオーミック電極８１６と第８のオーミック電極８１８との間に形成された第５のゲート電極８１２と、第５のゲート電極８１２と第８のオーミック電極８１８との間に形成された第６のゲート電極８１４とが形成され、第２の双方向スイッチ素子８０２が構成される。第８のチャネル領域８１０は、第１のチャネル領域１１０と同様に、チャネル層１０６とバリア層１０８との接合界面に生じる高濃度の二次元電子ガスにより形成される。また、第８のチャネル領域８１０は、第１のチャネル領域１１０と、第７の素子分離領域８０６を設けることで分離されている。第７の素子分離領域８０６は、チャネル層１０６及びバリア層１０８にホウ素又は鉄等のイオンを注入して形成すればよい。
　第１の双方向スイッチ素子１０２と第２の双方向スイッチ素子８０２との接続方法としては、まず、第１のオーミック電極１１６は、配線８４０を介して第５のゲート電極８１２に接続されている。また、第１のゲート電極１１２は、配線８４２を介して第７のオーミック電極８１６に接続されている。また、第２のオーミック電極１１８は、配線８４４を介して第６のゲート電極８１４に接続されている。また、第２のゲート電極１１４は、配線８４６を介して第８のオーミック電極８１８に電気的に接続されている。
　なお、第７のオーミック電極８１６及び第８のオーミック電極８１８は、第１のチャネル領域１１０とオーミック接合を形成していればよく、リセスが設けられていても良い。具体的には、第７のオーミック電極８１６及び第８のオーミック電極８１８は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせた積層体とすればよい。
　ここで、図７及び図８に示す第１の双方向スイッチ素子１０２における、第１のオーミック電極１１６または第１のゲート電極１１２の何れかと、第８のオーミック電極８１８または第２のゲート電極１１４の何れかとの間の最大許容印加電圧Ｖｍａｘとする。また、第２の双方向スイッチ素子８０２おける、第７のオーミック電極８１６または第５のゲート電極８１２の何れかと、第２のオーミック電極１１８または第６のゲート電極８１４の何れかとの間の耐圧をＶｂ３とする。この場合、
　　　　Ｖｍａｘ＜Ｖｂ３　　　（式２）
の関係を満たすように、第１の双方向スイッチ素子１０２、第２の双方向スイッチ素子８０２を設計する。このように設計することで、第１の双方向スイッチ素子１０２の通常のスイッチ動作に対して、第２の双方向スイッチ素子８０２は影響を及ぼさない。なお、ここで言う第１の双方向スイッチ素子１０２の許容印加最大電圧Ｖｍａｘは、通常スイッチ動作時に素子に印加可能な最大電圧であり、素子の耐圧よりは低い値である。
　特に、ＧａＮを用いた素子の場合はアバランシェ耐量が小さいために、第１の双方向スイッチ素子１０２の許容印加最大電圧Ｖｍａｘを、例えば６００Ｖとした場合、第１の双方向スイッチ素子１０２の耐圧は１０００Ｖ程度に設計する。この時、Ｖｂ３の値は、６００Ｖ以上に設計することが必要である。保護素子に流れる不要なリーク電流を低減するために、第１の双方向スイッチ素子１０２の耐圧である１０００Ｖと同等以上に設計することが更に好ましい。
　より具体的な素子設計の点においては、第２の双方向スイッチ素子８０２における第５のゲート電極８１２と第６のゲート電極８１４との間の距離を、第１の双方向スイッチ素子１０２の第１のゲート電極１１２と第２のゲート電極１１４との間の距離以上にすることが好ましい。これは、ＧａＮを用いた電界効果トランジスタにおいては、耐圧はゲートとドレインとの間の距離に、ほぼ比例するためである。
　本実施の形態では、実施の形態１のように第１の電界効果トランジスタ素子２０２及び第２の電界効果トランジスタ素子３０２という二つの素子を導入する事で得られたサージ耐性向上という効果を、第２の双方向スイッチ素子８０２という１つの素子で実現する。
　具体的に説明すると、第１の双方向スイッチ素子１０２の第１のゲート電極１１２と第２のゲート電極１１４と間において、第１の外部ゲート端子１２２及び第２の外部ゲート端子１２４を通じて、第２のゲート電極１１４に対して第１のゲート電極１１２に正のサージが印加された場合を考える。第１のゲート電極１１２に接続された第７のオーミック電極８１６との容量結合によって、浮遊電極となっている第５のゲート電極８１２及び第６のゲート電極８１４の電位が上昇し、第２の双方向スイッチ素子８０２がオン状態となる。そのため、第１のゲート電極１１２に印加された正のサージ電流は、第７のオーミック電極８１６及び第８のオーミック電極８１８を介して第２のゲート電極１１４へ流すことが出来る。
　逆に、第１の外部ゲート端子１２２及び第２の外部ゲート端子１２４を通じて、第１のゲート電極１１２に対して第２のゲート電極１１４に正のサージが印加された場合を考える。第２のゲート電極１１４に接続された第８のオーミック電極８１８との容量結合によって、浮遊電極となっている第６のゲート電極８１４及び第５のゲート電極８１２の電位が上昇し、第２の双方向スイッチ素子８０２がオン状態となる。そのため、第２のゲート電極１１４に印加された正のサージ電流は、第８のオーミック電極８１８及び第７のオーミック電極８１６を介して第１のゲート電極１１２へ流すことが出来る。
　従って、第２の双方向スイッチ素子８０２という１つの素子を導入するだけで、第１のゲート電極１１２と第２のゲート電極１１４との間に生じた正負のサージ電圧を緩和させることが可能となる。
　なお、第５のゲート電極８１２は、第５のゲート電極８１２から第８のチャネル領域８１０への方向に向かって、電流を流す機能を有する材料とすることが好ましい。
　このようにすることで、第１のゲート電極１１２と第１のオーミック電極１１６との間において、第１のオーミック電極１１６に正バイアスを印加するサージの耐性の向上、及び、第２のゲート電極１１４と第１のオーミック電極１１６と間において、第１のオーミック電極１１６に正バイアスを印加するサージの耐性の向上が可能となる。
　まず、第１の双方向スイッチ素子１０２の第１のゲート電極１１２と第１のオーミック電極１１６との間において、第１の外部ゲート端子１２２と第１の外部オーミック端子１２６を通じて、第１のオーミック電極１１６に正のサージが印加された場合を考える。その際、第２の双方向スイッチ素子８０２は、第５のゲート電極８１２から第８のチャネル領域８１０への方向に向かって電流を流す機能を有しているため、第１のオーミック電極１１６に印加された正のサージは、第５のゲート電極８１２から第７のオーミック電極８１６を通じて、第１のゲート電極１１２にサージを流すことが可能となる。以上より、第１のゲート電極１１２と第１のオーミック電極１１６との間において、第１のオーミック電極１１６に正バイアスを印加するサージの耐性を向上できる。
　続いて、第１の双方向スイッチ素子１０２の第２のゲート電極１１４と第１のオーミック電極１１６との間において、第２の外部ゲート端子１２４及び第１の外部オーミック端子１２６を通じて、第１のオーミック電極１１６に正のサージが印加された場合を考える。その際、第２の双方向スイッチ素子８０２は、第５のゲート電極８１２から第８のチャネル領域８１０への方向に向かって電流を流す機能を有しており、かつ第６のゲート電極８１４は浮遊電極となる。そのため、第１のオーミック電極１１６に印加された正のサージは、第５のゲート電極８１２から第８のオーミック電極８１８を介して第２のゲート電極１１４までサージ電流を流すことが出来る。以上より、第２のゲート電極１１４と第１のオーミック電極１１６との間において、第１のオーミック電極１１６に正バイアスを印加するサージの耐性を向上できる。
　具体的に、第５のゲート電極８１２は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせた積層体、もしくはｐ型半導体をチャネル層１０６側に形成し、その上にＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせて堆積させた積層体とすればよい。本実施の形態において、第５のゲート電極８１２にｐ型半導体と金属との積層体を採用する場合、ｐ型半導体は、例えばマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたｐ型のＩｎｍＡｌｎＧａ１－（ｍ＋ｎ）Ｎ（但し、０≦ｍ≦１、０≦ｎ≦１、ｍ＋ｎ≦１である）からなり、好ましくはｐ型のＧａＮ（即ち、ｍ＝ｎ＝０）からなる。
　なお、第６のゲート電極８１４は、第６のゲート電極８１４から第８のチャネル領域８１０への方向に向かって、電流を流す機能を有する材料とすることが好ましい。
　このようにすることで、第２のゲート電極１１４と第２のオーミック電極１１８との間において、第２のオーミック電極１１８に正バイアスを印加するサージの耐性の向上、及び、第１のゲート電極１１２と第２のオーミック電極１１８との間において、第２のオーミック電極１１８に正バイアスを印加するサージの耐性の向上が可能となる。
　まず、第１の双方向スイッチ素子１０２の第２のゲート電極１１４と第２のオーミック電極１１８との間において、第２の外部ゲート端子１２４及び第２の外部オーミック端子１２８を通じて、第２のオーミック電極１１８に正のサージが印加された場合を考える。その際、第２の双方向スイッチ素子８０２は、第６のゲート電極８１４から第８のチャネル領域８１０への方向に向かって電流を流す機能を有しているため、第２のオーミック電極１１８に印加された正のサージは、第６のゲート電極８１４から第８のオーミック電極８１８を通じて、第２のゲート電極１１４にサージを流すことが可能となる。以上より、第２のゲート電極１１４と第２のオーミック電極１１８との間において、第２のオーミック電極１１８に正バイアスを印加するサージの耐性を向上できる。
　続いて、第１の双方向スイッチ素子１０２の第１のゲート電極１１２と第２のオーミック電極１１８との間において、第１の外部ゲート端子１２２及び第２の外部オーミック端子１２８を通じて、第２のオーミック電極１１８に正のサージが印加された場合を考える。その際、第２の双方向スイッチ素子８０２は、第６のゲート電極８１４から第８のチャネル領域８１０への方向に向かって電流を流す機能を有しており、かつ第５のゲート電極８１２は浮遊電極となる。そのため、第２のオーミック電極１１８に印加された正のサージは、第６のゲート電極８１４から第７のオーミック電極８１６を介して第１のオーミック電極１１６までサージ電流を流すことが出来る。以上より、第１のゲート電極１１２と第２のオーミック電極１１８との間において、第２のオーミック電極１１８に正バイアスを印加するサージの耐性の向上できる。
　第６のゲート電極８１４は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせた積層体、もしくはｐ型半導体をチャネル層１０６側に形成し、その上にＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせて堆積させた積層体とすればよい。本実施の形態において、第６のゲート電極８１４にｐ型半導体と金属との積層体を採用する場合、ｐ型半導体は、例えばマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたｐ型のＩｎｏＡｌｐＧａ１－（ｏ＋ｐ）Ｎ（但し、０≦ｏ≦１、０≦ｐ≦１、ｏ＋ｐ≦１である）からなり、好ましくはｐ型のＧａＮ（即ち、ｏ＝ｐ＝０）からなる。
　なお、第２の双方向スイッチ素子８０２はノーマリーオフ型が好ましい。つまり、第５のゲート電極８１２及び第６のゲート電極８１４は、バリア層１０８及びチャネル層１０６中に、第５のゲート電極８１２及び第６のゲート電極８１４から基板１０４側に向かって空乏層を形成する材料とする。このようにすることで、第１のオーミック電極１１６と第１のゲート電極１１２との間、及び、第２のオーミック電極１１８と第２のゲート電極１１４との間の電圧が０Ｖである場合には、第５のゲート電極８１２と第７のオーミック電極８１６との間、及び、第６のゲート電極８１４と第８のオーミック電極８１８との間の電圧も０Ｖとなる。このため、第２の双方向スイッチ素子８０２がオフ状態となり、第１の双方向スイッチ素子１０２の動作に悪影響を与えない。
　また、第２の双方向スイッチ素子８０２における電極作製プロセスは、第１の双方向スイッチ素子１０２の電極作製プロセスと同一としてもよい。このようにすることで、製造工程を簡略化できる。
　また、第２の双方向スイッチ素子８０２は、第１の双方向スイッチ素子１０２に比べ素子サイズが小さくてもよい。このようにすることで、新たに加える第２の双方向スイッチ素子８０２によって、第１の双方向スイッチ素子１０２の寄生容量の増加を抑えることが出来る。具体的には、第２の双方向スイッチ素子８０２の素子サイズは、第１の双方向スイッチ素子１０２の素子サイズに比べ、１００分の１程度が好ましい。
　また、第２の双方向スイッチ素子８０２におけるチャネル層１０６及びバリア層１０８は、第１の双方向スイッチ素子１０２におけるチャネル層１０６及びバリア層１０８と、それぞれ異なる材料としてもよい。つまり、基板１０４を共通として、第２の双方向スイッチ素子８０２は、第１の双方向スイッチ素子１０２と異なる材料の半導体素子としてもよい。
　また、第２の双方向スイッチ素子８０２における基板１０４（第２の基板）は、第１の双方向スイッチ素子１０２における基板１０４（第１の基板）と異なる基板とし、分離された基板にて、異なる製造工程にて作製されていても良い。
　（実施の形態４）
　以下に、実施の形態４に係る半導体装置４について、図面を参照しながら説明する。
　図９は、実施の形態４に係る半導体装置４を示す等価回路図であり、図１０は、実施の形態４に係る半導体装置４を示す断面図である。図９及び図１０において、図７及び図８と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
　本実施の形態では、図９に示すように、実施の形態３に加えて、第７のオーミック電極８１６から第１のゲート電極１１２までの電流経路中に、高抵抗素子からなる第５の電圧降下素子９０２が配置され、第８のオーミック電極８１８から第２のゲート電極１１４までの電流経路中に、高抵抗素子からなる第６の電圧降下素子１００２が配置されている。その他の構成については、実施の形態３と同様である。
　図１０に示すように、バリア層１０８を含むチャネル層１０６上には、電極９１４及び電極９１６がそれぞれ形成され、第９のチャネル領域９０４を流れる第５の電圧降下素子９０２を構成する。同様に、バリア層１０８を含むチャネル層１０６上には、電極１０１４及び電極１０１６がそれぞれ形成され、第１０のチャネル領域１００４を流れる第６の電圧降下素子１００２を構成する。第９のチャネル領域９０４は、第１のチャネル領域１１０及び第８のチャネル領域８１０と同様に、チャネル層１０６とバリア層１０８との接合界面に生じる高濃度の二次元電子ガスにより形成される。また、第９のチャネル領域９０４は、第１のチャネル領域１１０及び第８のチャネル領域８１０と、第８の素子分離領域９０６を設けることで分離されている。同様に、第１０のチャネル領域１００４は、第１のチャネル領域１１０、第８のチャネル領域８１０及び第９のチャネル領域９０４と、第９の素子分離領域１００６を設けることで分離されている。第８の素子分離領域９０６及び第９の素子分離領域１００６は、チャネル層１０６及びバリア層１０８にホウ素又は鉄等のイオンを注入して形成すればよい。
　第５の電圧降下素子９０２は、実施の形態３における、第７のオーミック電極８１６から第１のゲート電極１１２の電流経路に挿入される。接続方法としては、電極９１４及び電極９１６は、それぞれ、第７のオーミック電極８１６及び第１のゲート電極１１２に、配線９３２及び配線９３４を介して接続される。なお、電極９１４と電極９１６の少なくとも一方は、第９のチャネル領域９０４と高抵抗で接続されていれば良い。例えば、電極９１４と電極９１６の少なくとも一方は、窒化シリコン、酸化シリコン等の絶縁物をチャネル層１０６側に形成し、その上にＴｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせて堆積させた積層体とすればよい。電極９１４と電極９１６の内、第９のチャネル領域９０４と高抵抗で接続させない電極は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせた積層体とすればよい。
　第６の電圧降下素子１００２は、実施の形態３における、第８のオーミック電極８１８から第２のゲート電極１１４の電流経路に挿入される。接続方法としては、電極１０１４及び電極１０１６は、それぞれ、第８のオーミック電極８１８及び第２のゲート電極１１４に、配線１０２４及び配線１０２６を介して接続される。なお、電極１０１４及び電極１０１６の少なくとも一方は、第１０のチャネル領域１００４と高抵抗で接続されていれば良い。例えば、電極１０１４と電極１０１６の少なくとも一方は、窒化シリコン、酸化シリコン等の絶縁物をチャネル層１０６側に形成し、その上にＴｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせて堆積させた積層体とすればよい。電極１０１４及び電極１０１６の内、第１０のチャネル領域１００４と高抵抗で接続させない電極は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせた積層体とすればよい。
　実施の形態３では、第１の双方向スイッチ素子１０２に第２の双方向スイッチ素子８０２を導入する事で、第１のオーミック電極１１６から第１のゲート電極１１２に向かって、第５のゲート電極８１２から第７のオーミック電極８１６を経由した電流パスが存在する。同様に、第２のオーミック電極１１８から第２のゲート電極１１４に向かって、第６のゲート電極８１４から第８のオーミック電極８１８を経由した電流パスが存在する。この電流パスがサージを流す電流パスとなるが、同時に第１のオーミック電極１１６から第１のゲート電極１１２へ流れるリーク電流パス、第２のオーミック電極１１８から第２のゲート電極１１４へ流れるリーク電流パスとなる。そのために、第１のゲート電極１１２及び第２のゲート電極１１４に負電圧を印加するような駆動ができない。
　これに対して、本実施の形態では、第７のオーミック電極８１６から第１のゲート電極１１２までの電流経路中に高抵抗素子からなる第５の電圧降下素子９０２が配置され、第８のオーミック電極８１８から第２のゲート電極１１４までの電流経路中に高抵抗素子からなる第６の電圧降下素子１００２が配置されている。そのため、第１のオーミック電極１１６から第１のゲート電極１１２へ流れるリーク電流、及び、第２のオーミック電極１１８から第２のゲート電極１１４へ流れるリーク電流を抑制することが可能となる。
　従って、サージの耐性を向上させつつ、第１のオーミック電極１１６から第１のゲート電極１１２への方向のリーク電流、及び、第２のオーミック電極１１８から第２のゲート電極１１４への方向のリーク電流を抑え、第１の双方向スイッチ素子１０２の第１のゲート電極１１２及び第２のゲート電極１１４に負電圧を印加する駆動に対応させる事が可能となる。すなわち、保護素子となる第２の双方向スイッチ素子８０２が、負電圧駆動させる第１の双方向スイッチ素子１０２の正常動作を妨げることは無い。
　なお、挿入する第５の電圧降下素子９０２及び第６の電圧降下素子１００２は、それぞれ１つではなく、複数直列に接続されていてもよい。このようにすることで、第１のオーミック電極１１６から第１のゲート電極１１２への方向のリーク電流抑制効果、及び、第２のオーミック電極１１８から第２のゲート電極１１４への方向のリーク電流抑制効果が高まり、第１の双方向スイッチ素子１０２の第１のゲート電極１１２及び第２のゲート電極１１４に、より大きな負電圧を印加する駆動に対応させる事が可能となる。
　また、第５の電圧降下素子９０２及び第６の電圧降下素子１００２は高抵抗素子としていたが、第１のオーミック電極１１６から第１のゲート電極１１２への方向、及び、第２のオーミック電極１１８から第２のゲート電極１１４への方向の電流を妨げる素子であればよく、具体的には、ダイオード素子やインダクタ素子でもよい。
　また、第５の電圧降下素子９０２及び第６の電圧降下素子１００２における電極作製プロセスは、第１の双方向スイッチ素子１０２の電極作製プロセスと同一にて形成してもよい。このようにすることで製造工程を簡略化できる。
　また、第５の電圧降下素子９０２及び第６の電圧降下素子１００２は、第１の双方向スイッチ素子１０２に比べ素子サイズが小さくてもよい。このようにすることで、新たに加える第５の電圧降下素子９０２及び第６の電圧降下素子１００２によって、第１の双方向スイッチ素子１０２の寄生容量増加を抑えることが出来る。具体的に、第５の電圧降下素子９０２及び第６の電圧降下素子１００２の素子サイズは、第１の双方向スイッチ素子１０２の素子サイズに比べ、１００分の１程度が好ましい。
　また、第５の電圧降下素子９０２及び第６の電圧降下素子１００２におけるチャネル層１０６及びバリア層１０８は、第１の双方向スイッチ素子１０２及び第２の双方向スイッチ素子８０２におけるチャネル層１０６及びバリア層１０８と、異なる材料としてもよい。つまり、基板１０４を共通として、第５の電圧降下素子９０２及び第６の電圧降下素子１００２は、第１の双方向スイッチ素子１０２及び第２の双方向スイッチ素子８０２と異なる材料で形成してもよい。
　また、第５の電圧降下素子９０２及び第６の電圧降下素子１００２における基板１０４は、第１の双方向スイッチ素子１０２及び第２の双方向スイッチ素子８０２における基板１０４と、異なる材料としてもよい。つまり、第５の電圧降下素子９０２及び第６の電圧降下素子１００２は、第１の双方向スイッチ素子１０２及び第２の双方向スイッチ素子８０２と異なる基板、異なる製造工程にて形成し、ワイヤー等で接続されてもよい。
　（実施の形態４の変形例）
　以下に、実施の形態４の変形例に係る半導体装置４Ａについて、図面を参照しながら説明する。
　図１１は、実施の形態４の変形例に係る半導体装置４Ａを示す等価回路図であり、図１２は、実施の形態４の変形例に係る半導体装置４Ａを示す断面図である。図１１及び図１２において、図７及び図８と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
　本変形例では、第１のオーミック電極１１６から第５のゲート電極８１２までの電流経路中に、ダイオード素子からなる第７の電圧降下素子１１０２が配置され、第２のオーミック電極１１８から第６のゲート電極８１４までの電流経路中に、ダイオード素子からなる第８の電圧降下素子１２０２が配置されている。
　図１２に示すように、バリア層１０８を含むチャネル層１０６上には、第３のアノード電極１１１４及び第３のカソード電極１１１６がそれぞれ形成され、第７の電圧降下素子１１０２を構成する。同様に、バリア層１０８を含むチャネル層１０６上には、第４のアノード電極１２１４及び第４のカソード電極１２１６がそれぞれ形成されて、第８の電圧降下素子１２０２を構成する。第１１のチャネル領域１１０４及び第１２のチャネル領域１２０４は、第１のチャネル領域１１０及び第８のチャネル領域８１０と同様に、チャネル層１０６とバリア層１０８との接合界面に生じる高濃度の二次元電子ガスにより形成される。また、第１１のチャネル領域１１０４は、第１のチャネル領域１１０及び第８のチャネル領域８１０と、第１０の素子分離領域１１０６を設けることで分離されている。同様に、第１２のチャネル領域１２０４は、第１のチャネル領域１１０、第８のチャネル領域８１０及び第１１のチャネル領域１１０４と、第１１の素子分離領域１２０６を設けることで分離されている。第１０の素子分離領域１１０６及び第１１の素子分離領域１２０６は、チャネル層１０６及びバリア層１０８にホウ素又は鉄等のイオンを注入して形成すればよい。
　第７の電圧降下素子１１０２の電流は、第３のアノード電極１１１４から第１１のチャネル領域１１０４を経由して、第３のカソード電極１１１６へ流れる。第７の電圧降下素子１１０２は、実施の形態３における、第１のオーミック電極１１６から第５のゲート電極８１２の電流経路に挿入される。接続方法としては、第３のアノード電極１１１４及び第３のカソード電極１１１６は、それぞれ、第１のオーミック電極１１６及び第５のゲート電極８１２に、配線１１３２及び配線１１３４を介して接続される。
　第８の電圧降下素子１２０２の電流は、第４のアノード電極１２１４から第１２のチャネル領域１２０４を経由して、第４のカソード電極１２１６へ流れる。第８の電圧効果素子１２０２は、実施の形態３における、第２のオーミック電極１１８から第６のゲート電極８１４の電流経路に挿入される。接続方法としては、第４のアノード電極１２１４及び第４のカソード電極１２１６は、それぞれ、第２のオーミック電極１１８及び第６のゲート電極８１４に、配線１２３２及び配線１２３４を介して接続される。
　なお、第３のカソード電極１１１６及び第４のカソード電極１２１６は、それぞれ、第１１のチャネル領域１１０４及び第１２のチャネル領域１２０４とオーミック接合を形成していればよく、リセスが設けられていても良い。
　また、第３のアノード電極１１１４及び第４のアノード電極１２１４は、それぞれ、バリア層１０８及びチャネル層１０６中に、第３のアノード電極１１１４及び第４のアノード電極１２１４から基板１０４側に向かって空乏層を形成する材料とする。加えて、第３のアノード電極１１１４及び第４のアノード電極１２１４は、第３のアノード電極１１１４及び第４のアノード電極１２１４からそれぞれ第１１のチャネル領域１１０４及び第１２のチャネル領域１２０４への方向に向かって、電流を流す機能を有する材料とする。
　また、第３のカソード電極１１１６及び第４のカソード電極１２１６は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせた積層体とすればよい。
　また、第３のアノード電極１１１４及び第４のアノード電極１２１４は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせた積層体、もしくはｐ型半導体をチャネル層１０６側に形成し、その上にＴｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｈｆ等の金属を１つもしくは２つ以上組み合わせて堆積させた積層体とすればよい。本変形例にて第３のアノード電極１１１４及び第４のアノード電極１２１４にｐ型半導体と金属との積層体を採用する場合、ｐ型半導体は、例えばマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたｐ型のＩｎｑＡｌｒＧａ１－（ｑ＋ｒ）Ｎ（但し、０≦ｑ≦１、０≦ｒ≦１、ｑ＋ｒ≦１である）からなり、好ましくはｐ型のＧａＮ（即ち、ｑ＝ｒ＝０）からなる。
　実施の形態４では、第７のオーミック電極８１６から第１のゲート電極１１２までの電流経路中に第５の電圧降下素子９０２が配置され、第８のオーミック電極８１８から第２のゲート電極１１４までの電流経路中に第６の電圧降下素子１００２が配置されている。そのため、第１のオーミック電極１１６から第１のゲート電極１１２への方向のリーク電流、及び、第２のオーミック電極１１８から第２のゲート電極１１４への方向のリーク電流を抑え、第１のゲート電極１１２及び第２のゲート電極１１４に負電圧を印加する駆動に対応させる事が可能となる。しかしながら、負電圧駆動に対応させるために、第５の電圧降下素子９０２及び第６の電圧降下素子１００２を挿入させると、第１のゲート電極１１２と第２のゲート電極１１４との間において、サージ電流を十分に流すことが出来ず、サージ耐性を低下させる可能性がある。
　これに対して、本変形例では、第１のオーミック電極１１６から第５のゲート電極８１２までの電流経路中に、第７の電圧降下素子１１０２が配置され、第２のオーミック電極１１８から第６のゲート電極８１４までの電流経路中に、第８の電圧降下素子１２０２が配置されている。そのため、第１のオーミック電極１１６から第１のゲート電極１１２に向かって、第５のゲート電極８１２から第７のオーミック電極８１６を経由したリーク電流を低減させることが可能となる。同様に、第２のオーミック電極１１８から第２のゲート電極１１４に向かって、第６のゲート電極８１４から第８のオーミック電極８１８を経由したリーク電流を低減させることが可能となる。加えて、第７の電圧降下素子１１０２及び第８の電圧降下素子１２０２は、第１のゲート電極１１２と第２のゲート電極１１４との間の電流経路に挿入されていないため、第２の双方向スイッチ素子８０２を挿入させることで向上させた第１のゲート電極１１２と第２のゲート電極１１４との間のサージ耐性を低下させることはない。従って、サージ耐性向上を維持させつつ、第１の双方向スイッチ素子１０２の第１のゲート電極１１２及び第２のゲート電極１１４に負電圧を印加する駆動に対応させる事が可能となる。
　なお、挿入する第７の電圧降下素子１１０２及び第８の電圧降下素子１２０２、はそれぞれ１つではなく、複数直列に接続されていてもよい。このようにすることで、第１のオーミック電極１１６から第１のゲート電極１１２への方向のリーク電流抑制効果、及び、第２のオーミック電極１１８から第２のゲート電極１１４への方向のリーク電流抑制効果が高まる。よって、第１の双方向スイッチ素子１０２の第１のゲート電極１１２及び第２のゲート電極１１４に、より大きな負電圧を印加する駆動に対応させる事が可能となる。
　また、本変形例において、実施の形態４のように、第７のオーミック電極８１６から第１のゲート電極１１２までの電流経路中に、第５の電圧降下素子９０２が配置され、第８のオーミック電極８１８から第２のゲート電極１１４までの電流経路中に、第６の電圧降下素子１００２が配置されていてもよい。このようにすることで、第１のオーミック電極１１６から第１のゲート電極１１２への方向、及び、第２のオーミック電極１１８から第２のゲート電極１１４への方向のリーク電流の抑制効果が高まり、第１の双方向スイッチ素子１０２の第１のゲート電極１１２及び第２のゲート電極１１４に、より大きな負電圧を印加させる駆動に対応させる事が可能となる。
　また、第７の電圧降下素子１１０２及び第８の電圧降下素子１２０２は、トランジスタ構造のダイオードでもよい。具体的に述べると、第３のアノード電極１１１４は、トランジスタ構造の第７の電圧降下素子１１０２におけるゲート電極とソース電極とを短絡させた構造の電極とし、第３のカソード電極１１１６は、トランジスタ構造の第７の電圧降下素子１１０２におけるドレイン電極としてもよい。同様に、第４のアノード電極１２１４は、トランジスタ構造の第８の電圧降下素子１２０２におけるゲート電極とソース電極とを短絡させた構造の電極とし、第４のカソード電極１２１６は、トランジスタ構造の第８の電圧降下素子１２０２におけるドレイン電極としてもよい。
　また、第７の電圧降下素子１１０２及び第８の電圧降下素子１２０２は、ダイオード素子としていたが、第１のオーミック電極１１６からの第１のゲート電極１１２への方向、及び、第２のオーミック電極１１８から第２のゲート電極１１４への方向の電流を妨げる素子であればよい。具体的には、第７の電圧降下素子１１０２及び第８の電圧降下素子１２０２は、双方向ダイオード素子、高抵抗素子やインダクタ素子でもよい。
　また、第７の電圧降下素子１１０２及び第８の電圧降下素子１２０２における電極作製プロセスは、第１の双方向スイッチ素子１０２の電極作製プロセスと同一にて形成してもよい。このようにすることで製造工程を簡略化できる。
　また、第７の電圧降下素子１１０２及び第８の電圧降下素子１２０２は、第１の双方向スイッチ素子１０２に比べ素子サイズが小さくてもよい。このようにすることで、新たに加える第７の電圧降下素子１１０２及び第８の電圧降下素子１２０２によって、第１の双方向スイッチ素子１０２の寄生容量増加を抑えることが出来る。具体的には、第７の電圧降下素子１１０２及び第８の電圧降下素子１２０２の素子サイズは、第１の双方向スイッチ素子１０２の素子サイズに比べ、１００分の１程度が好ましい。
　また、第７の電圧降下素子１１０２及び第８の電圧降下素子１２０２におけるチャネル層１０６及びバリア層１０８は、第１の双方向スイッチ素子１０２及び第２の双方向スイッチ素子８０２におけるチャネル層１０６及びバリア層１０８と、異なる材料としてもよい。つまり、基板１０４を共通として、第７の電圧降下素子１１０２及び第８の電圧降下素子１２０２は、第１の双方向スイッチ素子１０２及び第２の双方向スイッチ素子８０２と異なる材料の半導体素子で形成してもよい。
　また、第７の電圧降下素子１１０２及び第８の電圧降下素子１２０２における基板１０４は、第１の双方向スイッチ素子１０２及び第２の双方向スイッチ素子８０２における基板１０４と、異なる材料としてもよい。つまり、第７の電圧降下素子１１０２及び第８の電圧降下素子１２０２は、第１の双方向スイッチ素子１０２及び第２の双方向スイッチ素子８０２と異なる基板、異なる製造工程にて形成し、ワイヤー等で接続されてもよい。
　（その他の実施の形態）
　以上、本開示の半導体装置について、上記実施の形態及びその変形例に基づいて説明してきたが、本開示の半導体装置は、上記実施の形態及びその変形例に限定されるものではない。上記実施の形態及びその変形例における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態及びその変形例に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本開示の半導体装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
　本発明に係る半導体装置によれば、マトリックスコンバータ等に利用する双方向スイッチとして有用である。
　１、２、２Ａ、３、４、４Ａ　　半導体装置
　１０２　　第１の双方向スイッチ素子
　１０４　　基板
　１０６　　チャネル層
　１０８　　バリア層
　１１０　　第１のチャネル領域
　１１２　　第１のゲート電極
　１１４　　第２のゲート電極
　１１６　　第１のオーミック電極
　１１８　　第２のオーミック電極
　１２２　　第１の外部ゲート端子
　１２４　　第２の外部ゲート端子
　１２６　　第１の外部オーミック端子
　１２８　　第２の外部オーミック端子
　１３２、１３４、１３６、１３８、１４０、１４２、１４４、１４６、１４８、４３２、４３４、５３２、５３４、６３２、６３４、７３２、７３４、８４０、８４２、８４４、８４６、９３２、９３４、１０２４、１０２６、１１３２、１１３４、１２３２、１２３４　　配線
　２０２　　第１の電界効果トランジスタ素子
　２０４　　第２のチャネル領域
　２０６　　第１の素子分離領域
　２１２　　第３のゲート電極
　２１４　　第３のオーミック電極
　２１６　　第４のオーミック電極
　３０２　　第２の電界効果トランジスタ素子
　３０４　　第３のチャネル領域
　３０６　　第２の素子分離領域
　３１２　　第４のゲート電極
　３１４　　第５のオーミック電極
　３１６　　第６のオーミック電極
　４０２　　第１の電圧降下素子
　４０４　　第４のチャネル領域
　４０６　　第３の素子分離領域
　４１４、４１６、５１４、５１６、９１４、９１６、１０１４、１０１６　　電極
　５０２　　第２の電圧降下素子
　５０４　　第５のチャネル領域
　５０６　　第４の素子分離領域
　６０２　　第３の電圧降下素子
　６０４　　第６のチャネル領域
　６０６　　第５の素子分離領域
　６１４　　第１のアノード電極
　６１６　　第１のカソード電極
　７０２　　第４の電圧降下素子
　７０４　　第７のチャネル領域
　７０６　　第６の素子分離領域
　７１４　　第２のアノード電極
　７１６　　第２のカソード電極
　８０２　　第２の双方向スイッチ素子
　８０６　　第７の素子分離領域
　８１０　　第８のチャネル領域
　８１２　　第５のゲート電極
　８１４　　第６のゲート電極
　８１６　　第７のオーミック電極
　８１８　　第８のオーミック電極
　９０２　　第５の電圧降下素子
　９０４　　第９のチャネル領域
　９０６　　第８の素子分離領域
　１００２　　第６の電圧降下素子
　１００４　　第１０のチャネル領域
　１００６　　第９の素子分離領域
　１１０２　　第７の電圧降下素子
　１１０４　　第１１のチャネル領域
　１１０６　　第１０の素子分離領域
　１１１４　　第３のアノード電極
　１１１６　　第３のカソード電極
　１２０２　　第８の電圧降下素子
　１２０４　　第１２のチャネル領域
　１２０６　　第１１の素子分離領域
　１２１４　　第４のアノード電極
　１２１６　　第４のカソード電極

Claims (14)

  1. 　双方向スイッチ素子と、
    　第１の保護用素子と、
    　第２の保護用素子とを備え、
    　前記双方向スイッチ素子は、
    　第１の基板上に形成されたｎ型の第１の化合物半導体層と、
    　前記第１の化合物半導体層上に形成された第１の電極及び第２の電極と、
    　前記第１の電極と前記第２の電極との間に形成された第１のゲート電極と、
    　前記第１のゲート電極と前記第２の電極との間に形成された第２のゲート電極と、を有し、
    　前記第１のゲート電極および前記第２のゲート電極の電圧で前記第１の電極と前記第２の電極との間の導通を制御し、
    　前記第１の保護用素子は、
    　第２の基板上に形成されたｎ型の第２の化合物半導体層と、
    　前記第２の化合物半導体層上に形成された第３の電極及び第４の電極と、
    　前記第３の電極と前記第４の電極との間に形成された第３のゲート電極と、を有し、
    　前記第３のゲート電極の電圧で前記第３の電極と前記第４の電極との間の導通を制御し、
    　前記第２の保護用素子は、
    　第３の基板上に形成されたｎ型の第３の化合物半導体層と、
    　前記第３の化合物半導体層上に配置された第５の電極及び第６の電極と、
    　前記第５の電極と前記第６の電極との間に形成された第４のゲート電極と、を有し、
    　前記第４のゲート電極の電圧で前記第５の電極と前記第６の電極との間の導通を制御し、
    　前記第３の電極および前記第３のゲート電極の何れかの電極と前記第４の電極との間の耐圧と、前記第５の電極および前記第４のゲート電極の何れかの電極と前記第６の電極との間の耐圧と、の和は、前記第１の電極および前記第１のゲート電極の何れかの電極と前記第２の電極および前記第２のゲート電極の何れかの電極との間の最大許容印加電圧以上であり、
    　前記第１のゲート電極及び前記第２のゲート電極は、前記第１の化合物半導体層にショットキー接合またはｐｎ接合され、
    　前記第３のゲート電極は、前記第２の化合物半導体層にショットキー接合またはｐｎ接合され、
    　前記第４のゲート電極は、前記第３の化合物半導体層にショットキー接合またはｐｎ接合され、
    　前記第１の電極は、前記第３のゲート電極に電気的に接続され、
    　前記第１のゲート電極は、前記第３の電極に電気的に接続され、
    　前記第２の電極は、前記第４のゲート電極に電気的に接続され、
    　前記第２のゲート電極は、前記第５の電極に電気的に接続され、
    　前記第４の電極は、前記第６の電極に電気的に接続されている
    　半導体装置。
  2. 　前記第３のゲート電極と前記第４の電極との間の距離と、前記第４のゲート電極と前記第６の電極との間の距離と、の和は、前記第１のゲート電極と前記第２のゲート電極との間の距離以上である
    　請求項１に記載の半導体装置。
  3. 　前記第１の電極、前記第３のゲート電極、前記第３の電極、および前記第１のゲート電極の接続経路中に、第１の電圧降下素子が挿入され、
    　前記第２の電極、前記第４のゲート電極、前記第５の電極、および前記第２のゲート電極の接続経路中に、第２の電圧降下素子が挿入された
    　請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. 　前記第１の電極と前記第３のゲート電極との接続経路中に、第３の電圧降下素子が挿入され、
    　前記第２の電極と前記第４のゲート電極との接続経路中に、第４の電圧降下素子が挿入された
    　請求項３に記載の半導体装置。
  5. 　前記第１の化合物半導体層、前記第２の化合物半導体層、及び前記第３の化合物半導体層の少なくとも１つは、
    　チャネル層と、前記チャネル層上に形成され、前記チャネル層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有するバリア層と、を有する
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の半導体装置。
  6. 　前記第１のゲート電極、前記第２のゲート電極、前記第３のゲート電極、及び前記第４のゲート電極の少なくとも１つは、該ゲート電極と、前記第１の化合物半導体層、前記第２の化合物半導体層、または前記第３の化合物半導体層との間に選択的に形成されたｐ型半導体層を有する
    　請求項１～５のいずれか１項に記載の半導体装置。
  7. 　前記第１の基板、前記第２の基板、及び前記第３の基板は、同一の基板である
    　請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体装置。
  8. 　双方向スイッチ素子と、
    　保護用素子とを備え、
    　前記双方向スイッチ素子は、
    　第１の基板上に形成されたｎ型の第１の化合物半導体層と、
    　前記第１の化合物半導体層上に形成された第１の電極及び第２の電極と、
    　前記第１の電極と前記第２の電極との間に形成された第１のゲート電極と、
    　前記第１のゲート電極と前記第２の電極との間に形成された第２のゲート電極と、を有し、
    　前記第１のゲート電極及び前記第２のゲート電極の電圧で前記第１の電極と前記第２の電極との間の導通を制御し、
    　前記保護用素子は、
    　第２の基板上に形成されたｎ型の第４の化合物半導体層と、
    　前記第４の化合物半導体層上に形成された第７の電極及び第８の電極と、
    　前記第７の電極と前記第８の電極との間に形成された第５のゲート電極と、
    　前記第５のゲート電極と前記第８の電極との間に形成された第６のゲート電極と、を有し、
    　前記第５のゲート電極及び前記第６のゲート電極の電圧で前記第７の電極と前記第８の電極との間の導通を制御し、
    　前記保護用素子の前記第７の電極または前記第５のゲート電極と、前記第８の電極または前記第６のゲート電極と、の間の２つの電極間の耐圧は、前記双方向スイッチ素子の前記第１の電極または前記第１のゲート電極と、前記第２の電極または前記第２のゲート電極と、の間の２つの電極間の最大許容印加電圧以上であり、
    　前記第１のゲート電極及び前記第２のゲート電極は、前記第１の化合物半導体層にショットキー接合またはｐｎ接合され、
    　前記第５のゲート電極及び前記第６のゲート電極は、前記第４の化合物半導体層にショットキー接合またはｐｎ接合され、
    　前記第１の電極は、前記第５のゲート電極に電気的に接続され、
    　前記第２の電極は、前記第６のゲート電極に電気的に接続され、
    　前記第１のゲート電極は、前記第７の電極に電気的に接続され、
    　前記第２のゲート電極は、前記第８の電極に電気的に接続されている
    　半導体装置。
  9. 　前記第５のゲート電極と前記第６のゲート電極との距離は、前記第１のゲート電極と前記第２のゲート電極との間の距離以上である
    　請求項８に記載の半導体装置。
  10. 　前記第１の電極、前記第５のゲート電極、前記第７の電極、及び前記第１のゲート電極の接続経路中に、第５の電圧降下素子が挿入され、
    　前記第２の電極、前記第６のゲート電極、前記第８の電極、及び前記第２のゲート電極の接続経路中に、第６の電圧降下素子が挿入された
    　請求項８または９に記載の半導体装置。
  11. 　前記第１の電極と前記第５のゲート電極との接続経路中に、第７の電圧降下素子が挿入され、
    　前記第２の電極と前記第６のゲート電極との接続経路中に、第８の電圧降下素子が挿入された
    　請求項１０に記載の半導体装置。
  12. 　前記第１の化合物半導体層及び前記第４の化合物半導体層の少なくとも１つは、
    　チャネル層と、前記チャネル層上に形成され、前記チャネル層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有するバリア層と、を有する
    　請求項８～１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
  13. 　前記第１のゲート電極、前記第２のゲート電極、前記第５のゲート電極、及び前記第６のゲート電極の少なくとも１つは、該ゲート電極と前記第１の化合物半導体層または前記第４の化合物半導体層との間に選択的に形成されたｐ型半導体層を有する
    　請求項８～１２のいずれか１項に記載の半導体装置。
  14. 　前記第１の基板及び前記第２の基板は、同一の基板である
    　請求項８～１３のいずれか１項に記載の半導体装置。
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