(57)【要約】【課題】電極不良時等に装置内に大きな電流が流れることを抑止し、フェールセーフを実現する。【解決手段】ＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴは、化合物半導体層２と、化合物半導体層２の上方に設けられたゲート電極６と、化合物半導体層２の上方において、ゲート電極６の両側に設けられたソース電極４及びドレイン電極５と、ドレイン電極５に電気的に接続されたヒューズ構造１０とを備えて構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体層と、
前記化合物半導体層の上方に設けられた第１電極と、
前記化合物半導体層の上方において、前記第１電極の両側に設けられた一対の第２電極と、
少なくとも一方の前記第２電極に電気的に接続されたヒューズ構造と
を含むことを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項２】
前記ヒューズ構造は、前記第２電極よりも高抵抗で熱又は電流で溶解する導電材料からなることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体装置。
【請求項３】
前記ヒューズ構造は、熱又は電流により前記第２電極と合金化し前記第２電極よりも高抵抗の物質となる導電材料からなることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体装置。
【請求項４】
前記第２電極は、並列する複数の電極部と、前記複数の電極部を一端で一体化する配線部とを備えており、
前記ヒューズ構造は、前記複数の電極部の前記一端にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。
【請求項５】
前記電極部は、前記ヒューズ構造の周囲を介して前記配線部と連続して一体形成されていることを特徴とする請求項４に記載の化合物半導体装置。
【請求項６】
前記電極部は、前記ヒューズ構造の側面を覆っていることを特徴とする請求項５に記載の化合物半導体装置。
【請求項７】
前記電極部は、前記ヒューズ構造を完全に覆っていることを特徴とする請求項５に記載の化合物半導体装置。
【請求項８】
前記電極部は、前記ヒューズ構造の上面の一部を覆っていることを特徴とする請求項５に記載の化合物半導体装置。
【請求項９】
前記ヒューズ構造は、周囲の少なくとも一部分に前記電極部と前記配線部とを分断する分断部を有することを特徴とする請求項４に記載の化合物半導体装置。
【請求項１０】
前記第２電極は、並列する複数の電極部と、前記複数の電極部を一端で一体化する配線部とを備えており、
前記ヒューズ構造は、前記配線部に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は、高い飽和電子速度及びワイドバンドギャップ等の特徴を利用し、高耐圧及び高出力の半導体デバイスへの適用が検討されている。例えば、窒化物半導体であるＧａＮのバンドギャップは３．４ｅＶであり、Ｓｉのバンドギャップ（１．１ｅＶ）及びＧａＡｓのバンドギャップ（１．４ｅＶ）よりも大きく、高い破壊電界強度を有する。そのためＧａＮは、高電圧動作且つ高出力を得る電源用の半導体デバイスの材料として極めて有望である。
【０００３】
窒化物半導体を用いた半導体デバイスとしては、電界効果トランジスタ、特に高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobility Transistor：ＨＥＭＴ）についての報告が数多くなされている。例えばＧａＮ系のＨＥＭＴ（ＧａＮ−ＨＥＭＴ）では、ＧａＮを電子走行層として、ＡｌＧａＮを電子供給層として用いたＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴが注目されている。ＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴでは、ＧａＮとＡｌＧａＮとの格子定数差に起因した歪みがＡｌＧａＮに生じる。これにより発生したピエゾ分極及びＡｌＧａＮの自発分極により、高濃度の２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が得られる。そのため、高効率のスイッチ素子、電気自動車用等の高耐圧電力デバイスとして期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１６０１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、ＧａＮ−ＨＥＭＴのような窒化物半導体装置では、電圧のオフ時にも電流が流れる所謂ノーマリーオンの性質を有する。このようなノーマリーオンのトランジスタを使用した電子回路では、動作中に何らかの理由によりゲート電極の破断や焼損が起こった場合、ゲート電極下の電子走行層内に二次元電子層が形成され、大きなドレイン電流が流れてしまう。フェールセーフを考慮した場合、ゲート電極不良時に大きなドレイン電流が流れないことが望まれている。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、電極不良時等に装置内に大きな電流が流れることを抑止し、フェールセーフを実現することができる信頼性の高い化合物半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
化合物半導体装置の一態様は、化合物半導体層と、前記化合物半導体層の上方に設けられた第１電極と、前記化合物半導体層の上方において、前記第１電極の両側に設けられた一対の第２電極と、少なくとも一方の前記第２電極に電気的に接続されたヒューズ構造とを含む。
【発明の効果】
【０００８】
上記の諸態様によれば、電極不良時等に装置内に大きな電流が流れることを抑止し、フェールセーフを実現することができる信頼性の高い化合物半導体装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの概略構成を示す模式図である。
【図２】第１の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴのヒューズ構成の周辺部分のドレイン電極を拡大して示す模式図である。
【図３】第１の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図４】図１に引き続き、第１の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図５】第１の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの製造方法の所定工程を示す概略平面図である。
【図６】第１の実施形態の変形例１によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの概略構成を示す模式図である。
【図７】第１の実施形態の変形例１によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴのヒューズ構成の周辺部分のドレイン電極を拡大して示す模式図である。
【図８】第１の実施形態の変形例２によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの概略構成を示す模式図である。
【図９】第１の実施形態の変形例２によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴのヒューズ構成の周辺部分のドレイン電極を拡大して示す模式図である。
【図１０】第１の実施形態の変形例３によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの概略構成を示す模式図である。
【図１１】第１の実施形態の変形例３によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴのヒューズ構成の周辺部分を拡大して示す模式図である。
【図１２】第２の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの概略構成を示す模式図である。
【図１３】第２の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴのヒューズ構成の周辺部分のドレイン電極を拡大して示す模式図である。
【図１４】第３の実施形態による電源回路の概略構成を示す結線図である。
【図１５】第４の実施形態による高周波増幅器の概略構成を示す結線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
本実施形態では、化合物半導体装置として、窒化物半導体のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを開示する。
【００１１】
−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの構成−
図１は、第１の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの概略構成を示す模式図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）の破線Ｉ−Ｉ'に沿った断面図である。図２は、第１の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴのヒューズ構成の周辺部分のドレイン電極を拡大して示す模式図であり、（ａ）が斜視図、（ｂ）が（ａ）の破線Ｉ−Ｉ'に沿った断面図である。
【００１２】
このＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴは、Ｓｉ基板１上に、化合物半導体層２、その上方のソース電極４、ドレイン電極５、及びゲート電極６を有して構成されている。
【００１３】
化合物半導体層２は、バッファ層２ａ、電子走行層２ｂ、中間層２ｃ、電子供給層２ｄ、及びキャップ層２ｅが順次積層されて構成される。
ＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴでは、その動作時において、電子走行層２ｂの電子供給層２ｄ（正確には中間層２ｃ）との界面近傍に２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が発生する。この２ＤＥＧは、電子走行層２ｂの化合物半導体（ここではＧａＮ）と電子供給層２ｄの化合物半導体（ここではＡｌＧａＮ）との格子定数の相違に基づいて生成される。
【００１４】
ソース電極４は、Ａｕ等の低抵抗金属からなり、櫛歯状（フィンガー状）に並列する複数の電極部１１と、複数の電極部１１を一端で一体化する配線部１２とを備えて構成されている。
ドレイン電極５は、櫛歯状に並列する複数の電極部１３を備えて構成されている。
ゲート電極６は、櫛歯状に並列する複数の電極部１４と、複数の電極部１４を一端で一体化する配線部１５とを備えて構成されている。
ソース電極４、ゲート電極６、ドレイン電極５は、順次に電極部１１，１３，１５の側面で対向するように配置されている。
【００１５】
本実施形態では、ソース電極４及びドレイン電極５の少なくとも一方、ここではドレイン電極５に電気的に接続されたヒューズ構造１０が設けられている。
ヒューズ構造１０は、ドレイン電極５の各電極部１１の一端にそれぞれ設けられており、例えば幅２０μｍ程度、長さ２０μｍ程度の矩形状に形成されている。ヒューズ構造１０の側面には電極部１１の材料が例えば２μｍ程度の幅で存している。即ち、電極部１１は、ヒューズ構造１０の側面を介して配線部１２と連続して一体形成されている。ヒューズ構造１０は、その周縁を覆うように電極部１１が形成され、表面の一部が電極部１１から露出している。
【００１６】
ヒューズ構造１０は、ドレイン電極５よりも高抵抗且つ熱又は電流で溶解する導電材料からなる。或いはヒューズ構造１０は、熱又は電流によりドレイン電極５の材料と共に合金化してドレイン電極５の材料よりも高抵抗な物質を形成し、熱又は電流で溶解する導電材料からなる。当該導電材料としては、熱又は電流で溶解する材料としては、例えばハンダやＳｎを主成分とするＰｂフリーハンダ、Ｉｎ（インジウム）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ベリリウム（Ｂｅ）、及び銀（Ａｇ）のうちから選ばれた少なくとも１種を含有する合金が用いられる。
【００１７】
本実施形態のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴでは、Ｂ級又はＣ級バイアスが印加される場合、高周波（ＲＦ）バイアスがオフのときにはＤＣ電流が流れないため、ヒューズ構造１０における消費電力は発生しない。一方、ＲＦバイアスがオンの場合、ＤＣ電流がヒューズ構造１０を通過するが、表皮効果のためにドレイン電極５の表面のみが伝導を担い、ヒューズ構造１０は損失に寄与しない。ＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴのゲート電極６が焼損したり、ドレイン電極５がショートした場合には、大きいＤＣ電流が流れる。この場合、ヒューズ構造１０が溶解して断線し、大電流を抑えることができる。
【００１８】
−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの製造方法−
図３〜図４は、第１の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの製造方法を工程順に示す概略断面図である。図５は、第１の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの製造方法の所定工程を示す概略平面図である。
【００１９】
先ず、図３（ａ）に示すように、成長用基板として例えばＳｉ基板１上に、化合物半導体層２を形成する。成長用基板としては、Ｓｉ基板の代わりに、ＳｉＣ基板、サファイア基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＮ基板等を用いても良い。また、基板の導電性としては、半絶縁性、導電性を問わない。
化合物半導体層２は、バッファ層２ａ、電子走行層２ｂ、中間層２ｃ、電子供給層２ｄ、及びキャップ層２ｅを有して構成される。
【００２０】
詳細には、Ｓｉ基板１上に、例えば有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）法により、以下の各化合物半導体を成長する。ＭＯＶＰＥ法の代わりに、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法等を用いても良い。
Ｓｉ基板１上に、ＡｌＮを５ｎｍ程度の厚みに、ｉ（インテンショナリ・アンドープ）−ＧａＮを１μｍ程度の厚みに、ｉ−ＡｌＧａＮを５ｎｍ程度の厚みに、ｎ−ＡｌＧａＮを３０ｎｍ程度の厚みに、ｎ−ＧａＮを３ｎｍ程度の厚みに順次成長する。これにより、バッファ層２ａ、電子走行層２ｂ、中間層２ｃ、電子供給層２ｄ、及びキャップ層２ｅが形成される。バッファ層２ａとしては、ＡｌＮの代わりにＡｌＧａＮを用いたり、低温成長でＧａＮを成長するようにしても良い。
【００２１】
ＡｌＮの成長条件としては、原料ガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガス及びアンモニア（ＮＨ3）ガスの混合ガスを用いる。ＧａＮの成長条件としては、原料ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガス及びＮＨ3ガスの混合ガスを用いる。ＡｌＧａＮの成長条件としては、原料ガスとしてＴＭＡガス、ＴＭＧガス、及びＮＨ3ガスの混合ガスを用いる。成長する化合物半導体層に応じて、Ａｌ源であるトリメチルアルミニウムガス、Ｇａ源であるトリメチルガリウムガスの供給の有無及び流量を適宜設定する。共通原料であるアンモニアガスの流量は、１００ｃｃｍ〜１０ＬＭ程度とする。また、成長圧力は５０Torr〜３００Torr程度、成長温度は１０００℃〜１２００℃程度とする。
【００２２】
ＧａＮ、ＡｌＧａＮをｎ型として成長する際には、ｎ型不純物として例えばＳｉを含む例えばＳｉＨ4ガスを所定の流量で原料ガスに添加し、ＧａＮ及びＡｌＧａＮにＳｉをドーピングする。Ｓｉのドーピング濃度は、１×１０18／ｃｍ3程度〜１×１０20／ｃｍ3程度、例えば５×１０18／ｃｍ3程度とする。
【００２３】
続いて、図３（ｂ）に示すように、素子分離構造３を形成する。図４（ｂ）以降では、素子分離構造３の図示を省略する。
詳細には、化合物半導体層２の素子分離領域に、例えばアルゴン（Ａｒ）を注入する。これにより、化合物半導体層２及びＳｉ基板１の表層部分に素子分離構造３が形成される。素子分離構造３により、化合物半導体層２上で活性領域が画定される。
なお、素子分離は、上記の注入法の代わりに、例えばＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法を用いて行っても良い。このとき、化合物半導体層２のドライエッチングには、例えば塩素系のエッチングガスを用いる。
【００２４】
続いて、図３（ｃ）に示すように、電極用リセス２Ａ，２Ｂを形成する。
詳細には、化合物半導体層２の表面にレジストを塗布する。レジストをリソグラフィーにより加工し、レジストに、化合物半導体層２の表面におけるソース電極及びドレイン電極の形成予定位置（電極形成予定位置）に相当する化合物半導体層２の表面を露出する開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
【００２５】
このレジストマスクを用いて、電子供給層２ｄの表面が露出するまで、キャップ層２ｅの電極形成予定位置をドライエッチングして除去する。これにより、電子供給層２ｄの表面の電極形成予定位置を露出する電極用リセス２Ａ，２Ｂが形成される。エッチング条件としては、Ａｒ等の不活性ガス及びＣｌ2等の塩素系ガスをエッチングガスとして用い、例えばＣｌ2を流量３０ｓｃｃｍ、圧力を２Ｐａ、ＲＦ投入電力を２０Ｗとする。なお、電極用リセス２Ａ，２Ｂは、キャップ層２ｅの途中までエッチングして形成しても、また電子供給層２ｄ以降までエッチングして形成しても良い。
レジストマスクは、灰化処理等により除去される。
【００２６】
続いて、図５（ａ）に示すように、ヒューズ構造１０を形成する。
詳細には、先ず、ヒューズ構造を形成するためのレジストマスクを形成する。レジストを化合物半導体層２上に塗布し、電極用リセス２Ｂのうち、ドレイン電極の電極部の一端のヒューズ構造の形成予定位置を露出させる開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
このレジストマスクを用いて、ヒューズ材料として、例えばハンダを例えばスパッタリング法により、開口内を含むレジストマスク上に堆積する。ハンダの厚みは０．５μｍ程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したハンダを除去する。以上により、複数のヒューズ構造１０が形成される。
【００２７】
続いて、図４（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、ソース電極４及びドレイン電極５を形成する。
詳細には、先ず、ソース電極及びドレイン電極を形成するためのレジストマスクを形成する。ここでは、蒸着法及びリフトオフ法に適した例えば庇構造２層レジストを用いる。このレジストを化合物半導体層２上に塗布し、電極用リセス２Ａ，２Ｂ（ヒューズ構造１０上の領域を含む。）を露出させる開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
このレジストマスクを用いて、電極材料として、例えばＡｕを、例えば蒸着法により、電極用リセス２Ａ，２Ｂを露出させる開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Ａｕの厚みは２μｍ程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したＡｕを除去する。
【００２８】
ヒューズ構造１０上の電極材料であるＡｕを、リソグラフィー及びエッチングにより除去し、ヒューズ構造１０の表面を露出させる。このとき、ヒューズ構造１０は、その周縁を覆うように電極部１１が形成され、表面の一部が電極部１１から露出する。
【００２９】
Ｓｉ基板１を、例えば窒素雰囲気中において４００℃〜１０００℃程度の温度、例えば６００℃程度で熱処理し、残存したＴａ／Ａｌを電子供給層２ｄとオーミックコンタクトさせる。Ｔａ／Ａｌの電子供給層２ｄとのオーミックコンタクトが得られるのであれば、熱処理が不要な場合もある。以上により、電極用リセス２Ａ，２Ｂを電極材料の一部で埋め込むソース電極４及びドレイン電極５が形成される。
【００３０】
続いて、図４（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、ゲート電極６を形成する。
詳細には、先ず、ゲート電極を形成するためのレジストマスクを形成する。ここでは、蒸着法及びリフトオフ法に適した例えば庇構造２層レジストを用いる。このレジストを化合物半導体層２上に塗布し、ゲート電極の形成予定部位を露出させる開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
【００３１】
このレジストマスクを用いて、電極材料として、例えばＮｉ／Ａｕを、例えば蒸着法により、開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Ｎｉの厚みは３０ｎｍ程度、Ａｕの厚みは４００ｎｍ程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したＮｉ／Ａｕを除去する。以上により、ゲート電極７が形成される。
【００３２】
本実施形態では、ゲート絶縁膜６を有さずゲート電極７が化合物半導体層２と直接的に接触する、ショットキー型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを例示するが、化合物半導体層２にゲート絶縁膜を有し、その上にゲート電極を形成するＭＩＳ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを作製するようにしても良い。この場合、ゲート絶縁膜としては、Ａｌ，Ｓｉ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｗから選択された１種の酸化物、窒化物又は酸窒化物、或いはこれらから２種以上を適宜に選択して多層に堆積して形成する。
【００３３】
しかる後、層間絶縁膜の形成、ソース電極４、ドレイン電極５、ゲート電極６と接続される配線の形成、上層の保護膜の形成、最表面に露出する接続電極の形成等の諸工程を経て、本実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴが形成される。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態によれば、電極不良時等にトランジスタ内に大きな電流が流れることを抑止し、フェールセーフを実現することができる信頼性の高いＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴが実現する。
【００３５】
（変形例）
以下、第１の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの諸変形例について説明する。これらの変形例では、ヒューズ構造の構成が若干異なる点で第１の実施形態と相違する。第１の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴに対応する構成部材等については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
【００３６】
−変形例１−
図６は、第１の実施形態の変形例１によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの概略構成を示す平面図である。図７は、第１の実施形態の変形例１によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴのヒューズ構成の周辺部分のドレイン電極を拡大して示す模式図であり、（ａ）が斜視図、（ｂ）が（ａ）の破線Ｉ−Ｉ'に沿った断面図である。
【００３７】
変形例１では、ソース電極４及びドレイン電極５の少なくとも一方、ここではドレイン電極５に電気的に接続されたヒューズ構造２０が設けられている。
ヒューズ構造２０は、ドレイン電極５の各電極部１１の一端にそれぞれ設けられており、例えば幅２０μｍ程度、長さ２０μｍ程度の矩形状に形成されている。ドレイン電極５の電極部１１は、ヒューズ構造２０を完全に覆うように、ヒューズ構造２０よりも幅広に形成されており、配線部１２と連続して一体形成されている。ヒューズ構造２０の側面における電極部１１の材料の幅は例えば２μｍ程度とされている。
【００３８】
ヒューズ構造２０は、ドレイン電極５よりも高抵抗で熱又は電流で溶解する導電材料からなる。或いはヒューズ構造２０は、熱又は電流によりドレイン電極５の材料と共に合金化してドレイン電極５の材料よりも高抵抗の物質を形成し、熱又は電流で溶解する導電材料からなる。当該導電材料としては、熱又は電流で溶解する材料としては、例えばハンダやＳｎを主成分とするＰｂフリーハンダ、Ｉｎ（インジウム）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ベリリウム（Ｂｅ）、及び銀（Ａｇ）のうちから選ばれた少なくとも１種を含有する合金が用いられる。
【００３９】
変形例１のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴでは、Ｂ級又はＣ級バイアスが印加される場合、高周波（ＲＦ）バイアスがオフのときにはＤＣ電流が流れないため、ヒューズ構造２０における消費電力は発生しない。一方、ＲＦバイアスがオンの場合、ＤＣ電流がヒューズ構造２０を通過するが、表皮効果のためにドレイン電極５の表面のみが伝導を担い、ヒューズ構造２０は損失に寄与しない。ＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴのゲート電極６が焼損したり、ドレイン電極５がショートした場合には、大きいＤＣ電流が流れる。この場合、ヒューズ構造２０が溶解して断線し、大電流を抑えることができる。
【００４０】
変形例１のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴでは、電極部１１がヒューズ構造２０を完全に覆うように形成されており、ヒューズ構造２０の周囲に電極部１１の材料が十分に確保されている。そのため、通常動作時（大電流が発生しないとき）におけるドレイン電極５の機能を確実に発揮することができる。
【００４１】
以上のように、変形例１によれば、電極不良時等にトランジスタ内に大きな電流が流れることを抑止し、フェールセーフを実現することができる信頼性の高いＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴが実現する。
【００４２】
−変形例２−
図８は、第１の実施形態の変形例２によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの概略構成を示す平面図である。図９は、第１の実施形態の変形例２によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴのヒューズ構成の周辺部分のドレイン電極を拡大して示す模式図であり、（ａ）が斜視図、（ｂ）が（ａ）の破線Ｉ−Ｉ'に沿った断面図である。
【００４３】
変形例２では、ヒューズ構造３０は、ドレイン電極５の各電極部１１の一端にそれぞれ設けられており、例えば幅３０μｍ程度、長さ３０μｍ程度の矩形状に形成されている。ヒューズ構造３０の上面の一部、例えば中央部分には電極部１１の材料が例えば２０μｍ程度の幅で存している。即ち、電極部１１は、ヒューズ構造３０の上面の中央部分を介して配線部１２と連続して一体形成されている。
【００４４】
ヒューズ構造３０は、ドレイン電極５よりも高抵抗で熱又は電流で溶解する導電材料からなる。或いはヒューズ構造３０は、熱又は電流によりドレイン電極５の材料と共に合金化してドレイン電極５の材料よりも高抵抗の物質を形成し、熱又は電流で溶解する導電材料からなる。当該導電材料としては、熱又は電流で溶解する材料としては、例えばハンダやＳｎを主成分とするＰｂフリーハンダ、Ｉｎ（インジウム）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ベリリウム（Ｂｅ）、及び銀（Ａｇ）のうちから選ばれた少なくとも１種を含有する合金が用いられる。
【００４５】
変形例２のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴでは、Ｂ級又はＣ級バイアスが印加される場合、高周波（ＲＦ）バイアスがオフのときにはＤＣ電流が流れないため、ヒューズ構造３０における消費電力は発生しない。一方、ＲＦバイアスがオンの場合、ＤＣ電流がヒューズ構造３０を通過するが、表皮効果のためにドレイン電極５の表面のみが伝導を担い、ヒューズ構造３０は損失に寄与しない。ＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴのゲート電極６が焼損したり、ドレイン電極５がショートした場合には、大きいＤＣ電流が流れる。この場合、ヒューズ構造３０が溶解して断線し、大電流を抑えることができる。
【００４６】
変形例２のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴでは、電極部１１がヒューズ構造３０の上面の一部を覆うように形成されており、ヒューズ構造２０の周囲に電極部１１の材料が所望に確保されている。そのため、通常動作時（大電流が発生しないとき）におけるドレイン電極５の機能を確実に発揮することができる。
【００４７】
以上のように、変形例２によれば、電極不良時等にトランジスタ内に大きな電流が流れることを抑止し、フェールセーフを実現することができる信頼性の高いＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴが実現する。
【００４８】
−変形例３−
図１０は、第１の実施形態の変形例３によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの概略構成を示す平面図である。図１１は、第１の実施形態の変形例３によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴのヒューズ構成の周辺部分のドレイン電極を拡大して示す模式図であり、（ａ）が斜視図、（ｂ）が（ａ）の破線Ｉ−Ｉ'に沿った断面図である。
【００４９】
変形例３では、ヒューズ構造４０は、ドレイン電極５の各電極部１１の一端にそれぞれ設けられており、例えば幅２０μｍ程度、長さ２０μｍ程度の矩形状に形成されている。ヒューズ構造４０は、周囲の少なくとも一部分に、例えば側面の一部分に、ドレイン電極５の電極部１１と配線部１２とを分断する分断部４０ａを有する。即ち、ドレイン電極５は、ヒューズ構造４０の分断部４０ａにより、電極部１１と配線部１２とが分断されており、分断部４０ａを介して電極部１１と配線部１２とが電気的に接続されている。
【００５０】
ヒューズ構造４０は、ドレイン電極５よりも高抵抗で熱又は電流で溶解する導電材料からなる。或いはヒューズ構造４０は、熱又は電流によりドレイン電極５の材料と共に合金化してドレイン電極５の材料よりも高抵抗の物質を形成し、熱又は電流で溶解する導電材料からなる。当該導電材料としては、熱又は電流で溶解する材料としては、例えばハンダやＳｎを主成分とするＰｂフリーハンダ、Ｉｎ（インジウム）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ベリリウム（Ｂｅ）、及び銀（Ａｇ）のうちから選ばれた少なくとも１種を含有する合金が用いられる。
【００５１】
変形例３のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴでは、Ｂ級又はＣ級バイアスが印加される場合、高周波（ＲＦ）バイアスがオフのときにはＤＣ電流が流れないため、ヒューズ構造４０における消費電力は発生しない。一方、ＲＦバイアスがオンの場合、ＤＣ電流がヒューズ構造４０を通過するが、表皮効果のためにドレイン電極５の表面のみが伝導を担い、ヒューズ構造４０は損失に寄与しない。ＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴのゲート電極６が焼損したり、ドレイン電極５がショートした場合には、大きいＤＣ電流が流れる。この場合、ヒューズ構造４０が溶解して断線し、大電流を抑えることができる。
【００５２】
変形例３のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴでは、分断部４０ａにより、電極部１１と配線部１２とが分断されており、分断部４０ａを介して電極部１１と配線部１２とが電気的に接続されている。この構成により、電極不良時等において、ヒューズ構造４０が確実に溶断して断線し、ヒューズ機能を発揮することができる。
【００５３】
以上のように、変形例３によれば、電極不良時等にトランジスタ内に大きな電流が流れることを抑止し、フェールセーフを実現することができる信頼性の高いＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴが実現する。
【００５４】
（第２の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態と同様にＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの構成及び製造方法を開示するが、ヒューズ構造の構成が若干異なる点で第１の実施形態と相違する。第１の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴに対応する構成部材等については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
【００５５】
図１２は、第２の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの概略構成を示す模式図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）の破線Ｉ−Ｉ'に沿った断面図である。図１３は、第２の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴのヒューズ構成の周辺部分のドレイン電極を拡大して示す模式図であり、（ａ）が斜視図、（ｂ）が（ａ）の破線Ｉ−Ｉ'に沿った断面図である。
【００５６】
本実施形態では、ソース電極４及びドレイン電極５の少なくとも一方、ここではドレイン電極５に電気的に接続されたヒューズ構造５０が設けられている。
ヒューズ構造５０は、ドレイン電極５において複数の電極部１１を一端で一体化する配線部１２に接続されたヒューズ構造５０が設けられており、例えば幅５０μｍ程度、長さ５０μｍ程度の矩形状に形成されている。ヒューズ構造５０は、ドレイン電極５の複数の電極部１４に共通のヒューズとして機能する。ヒューズ構造５０の側面には、配線部１２の材料が例えば２μｍ程度の幅で存している。即ち、配線部１２は、ヒューズ構造５０の側面を介して連続しており、電極部１１と一体形成されている。ヒューズ構造５０は、その周縁を覆うように配線部１２が形成され、表面の一部が電極部１１から露出している。
【００５７】
ヒューズ構造５０は、ドレイン電極５よりも高抵抗で熱又は電流で溶解する導電材料からなる。或いはヒューズ構造５０は、熱又は電流によりドレイン電極５の材料と共に合金化してドレイン電極５の材料よりも高抵抗の物質を形成し、熱又は電流で溶解する導電材料からなる。当該導電材料としては、熱又は電流で溶解する材料としては、例えばハンダやＳｎを主成分とするＰｂフリーハンダ、Ｉｎ（インジウム）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ベリリウム（Ｂｅ）、及び銀（Ａｇ）のうちから選ばれた少なくとも１種を含有する合金が用いられる。
【００５８】
本実施形態のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴでは、Ｂ級又はＣ級バイアスが印加される場合、高周波（ＲＦ）バイアスがオフのときにはＤＣ電流が流れないため、ヒューズ構造５０における消費電力は発生しない。一方、ＲＦバイアスがオンの場合、ＤＣ電流がヒューズ構造５０を通過するが、表皮効果のためにドレイン電極５の表面のみが伝導を担い、ヒューズ構造５０は損失に寄与しない。ＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴのゲート電極６が焼損したり、ドレイン電極５がショートした場合には、大きいＤＣ電流が流れる。この場合、ヒューズ構造５０が溶解して断線し、大電流を抑えることができる。
【００５９】
本実施形態のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴでは、ヒューズ構造５０は、複数の電極部１１に共通のヒューズとして、電極部１１を一端で一体化する配線部１２に接続されている。そのため、ヒューズ構造を形成する製造工程が簡略化され、しかも確実にヒューズ機能を発揮することができる。
【００６０】
以上のように、本実施形態によれば、電極不良時等にトランジスタ内に大きな電流が流れることを抑止し、フェールセーフを実現することができる信頼性の高いＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴが実現する。
【００６１】
なお、本実施形態でも、ヒューズ構造を第１の実施形態の諸変形例のように形成しても良い。即ち、ドレイン電極５の配線部１２に、図７、図９、図１１、又は図１３と同様にヒューズ構造を形成するようにしても良い。
【００６２】
上述した第１の実施形態及びその諸変形例並びに第２の実施形態において、使用するヒューズ構造の材料は、提示した材料に限定されるものではない。
【００６３】
（第３の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態及びその諸変形例並びに第２の実施形態から選ばれた１種のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを適用した電源回路を開示する。
図１４は、第３の実施形態による電源回路の概略構成を示す結線図である。
【００６４】
本実施形態による電源回路は、高圧の一次側回路６１及び低圧の二次側回路６２と、一次側回路６１と二次側回路６２との間に配設されるトランス６３とを備えて構成される。
一次側回路６１は、交流電源６４と、いわゆるブリッジ整流回路６５と、複数（ここでは４つ）のスイッチング素子６６ａ，６６ｂ，６６ｃ，６６ｄとを備えて構成される。また、ブリッジ整流回路６５は、スイッチング素子６６ｅを有している。
二次側回路２２は、複数（ここでは３つ）のスイッチング素子６７ａ，６７ｂ，６７ｃを備えて構成される。
【００６５】
本実施形態では、一次側回路６１のスイッチング素子６６ａ，６６ｂ，６６ｃ，６６ｄ，６６ｅが、第１の実施形態及びその諸変形例並びに第２の実施形態から選ばれた１種のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴとされている。一方、二次側回路６２のスイッチング素子６７ａ，６７ｂ，６７ｃは、シリコンを用いた通常のＭＩＳ・ＦＥＴとされている。
【００６６】
本実施形態では、電極不良時等にトランジスタ内に大きな電流が流れることを抑止し、フェールセーフを実現することができる高耐圧のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを、電源回路に適用する。これにより、信頼性の高い大電力の電源回路が実現する。
【００６７】
（第４の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態及びその諸変形例並びに第２の実施形態から選ばれた１種のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを適用した高周波増幅器を開示する。
図１５は、第４の実施形態による高周波増幅器の概略構成を示す結線図である。
【００６８】
本実施形態による高周波増幅器は、ディジタル・プレディストーション回路７１と、ミキサー７２ａ，７２ｂと、パワーアンプ７３とを備えて構成される。
ディジタル・プレディストーション回路７１は、入力信号の非線形歪みを補償するものである。ミキサー７２ａは、非線形歪みが補償された入力信号と交流信号をミキシングするものである。パワーアンプ７３は、交流信号とミキシングされた入力信号を増幅するものであり、第１の実施形態及びその諸変形例並びに第２の実施形態から選ばれた１種のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを有している。なお図１５では、例えばスイッチの切り替えにより、出力側の信号をミキサー７２ｂで交流信号とミキシングしてディジタル・プレディストーション回路７１に送出できる構成とされている。
【００６９】
本実施形態では、電極不良時等にトランジスタ内に大きな電流が流れることを抑止し、フェールセーフを実現することができる高耐圧のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを、高周波増幅器に適用する。これにより、信頼性の高い高耐圧の高周波増幅器が実現する。
【００７０】
（他の実施形態）
第１〜第４の実施形態及び諸変形例では、化合物半導体装置としてＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを例示した。化合物半導体装置としては、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴ以外にも、以下のようなＨＥＭＴに適用できる。
【００７１】
・その他のＨＥＭＴ例１
本例では、化合物半導体装置として、ＩｎＡｌＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを開示する。
ＩｎＡｌＮとＧａＮは、組成によって格子定数を近くすることが可能な化合物半導体である。この場合、上記した第１〜第５の実施形態では、電子走行層がｉ−ＧａＮ、中間層がｉ−ＩｎＡｌＮ、電子供給層がｎ−ＩｎＡｌＮ、キャップ層がｎ−ＧａＮで形成される。また、この場合のピエゾ分極がほとんど発生しないため、２次元電子ガスは主にＩｎＡｌＮの自発分極により発生する。
【００７２】
本例によれば、上述したＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴと同様に、電極不良時等にトランジスタ内に大きな電流が流れることを抑止し、フェールセーフを実現することができる信頼性の高い高耐圧のＩｎＡｌＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴが実現する。
【００７３】
・その他のＨＥＭＴ例２
本例では、化合物半導体装置として、ＩｎＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを開示する。
ＧａＮとＩｎＡｌＧａＮは、後者の方が前者よりも組成によって格子定数を小さくすることができる化合物半導体である。この場合、上記した第１〜第５の実施形態では、電子走行層がｉ−ＧａＮ、中間層がｉ−ＩｎＡｌＧａＮ、電子供給層がｎ−ＩｎＡｌＧａＮ、キャップ層がｎ−ＧａＮで形成される。
【００７４】
本例によれば、上述したＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴと同様に、電極不良時等にトランジスタ内に大きな電流が流れることを抑止し、フェールセーフを実現することができる信頼性の高い高耐圧のＩｎＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴが実現する。
【００７５】
以下、化合物半導体装置及びその製造方法、並びに電源回路及び高周波増幅器の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００７６】
（付記１）化合物半導体層と、
前記化合物半導体層の上方に設けられた第１電極と、
前記化合物半導体層の上方において、前記第１電極の両側に設けられた一対の第２電極と、
少なくとも一方の前記第２電極に電気的に接続されたヒューズ構造と
を含むことを特徴とする化合物半導体装置。
【００７７】
（付記２）前記ヒューズ構造は、前記第２電極よりも高抵抗で熱又は電流で溶解する導電材料からなることを特徴とする付記１に記載の化合物半導体装置。
【００７８】
（付記３）前記ヒューズ構造は、熱又は電流により前記第２電極と合金化し前記第２電極よりも高抵抗の物質となる導電材料からなることを特徴とする付記１に記載の化合物半導体装置。
【００７９】
（付記４）前記第２電極は、並列する複数の電極部と、前記複数の電極部を一端で一体化する配線部とを備えており、
前記ヒューズ構造は、前記複数の電極部の前記一端にそれぞれ設けられていることを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。
【００８０】
（付記５）前記電極部は、前記ヒューズ構造の周囲を介して前記配線部と連続して一体形成されていることを特徴とする付記４に記載の化合物半導体装置。
【００８１】
（付記６）前記電極部は、前記ヒューズ構造の側面を覆っていることを特徴とする付記５に記載の化合物半導体装置。
【００８２】
（付記７）前記電極部は、前記ヒューズ構造を完全に覆っていることを特徴とする付記５に記載の化合物半導体装置。
【００８３】
（付記８）前記電極部は、前記ヒューズ構造の上面の一部を覆っていることを特徴とする付記５に記載の化合物半導体装置。
【００８４】
（付記９）前記ヒューズ構造は、周囲の少なくとも一部分に前記電極部と前記配線部とを分断する分断部を有することを特徴とする付記４に記載の化合物半導体装置。
【００８５】
（付記１０）前記第２電極は、並列する複数の電極部と、前記複数の電極部を一端で一体化する配線部とを備えており、
前記ヒューズ構造は、前記配線部に設けられていることを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。
【００８６】
（付記１１）化合物半導体層の上方に第１電極を形成する工程と、
前記化合物半導体層の上方において、前記第１電極の両側に一対の第２電極を形成する工程と
を含み、
前記第２電極を形成する際に、少なくとも一方の前記第２電極に電気的に接続されるヒューズ構造を形成することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【００８７】
（付記１２）変圧器と、前記変圧器を挟んで高圧回路及び低圧回路とを備えた電源回路であって、
前記高圧回路はトランジスタを有しており、
前記トランジスタは、
化合物半導体層と、
前記化合物半導体層の上方に設けられた第１電極と、
前記化合物半導体層の上方において、前記第１電極の両側に設けられた一対の第２電極と、
少なくとも一方の前記第２電極に電気的に接続されたヒューズ構造と
を含むことを特徴とする電源回路。
【００８８】
（付記１３）入力した高周波電圧を増幅して出力する高周波増幅器であって、
トランジスタを有しており、
前記トランジスタは、
化合物半導体層と、
前記化合物半導体層の上方に設けられた第１電極と、
前記化合物半導体層の上方において、前記第１電極の両側に設けられた一対の第２電極と、
少なくとも一方の前記第２電極に電気的に接続されたヒューズ構造と
を含むことを特徴とする高周波増幅器。
【符号の説明】
【００８９】
１  Ｓｉ基板
２  化合物半導体層
２ａ  バッファ層
２ｂ  電子走行層
２ｃ  中間層
２ｄ  電子供給層
２ｅ  キャップ層
２Ａ，２Ｂ  電極用リセス
３  素子分離構造
４  ソース電極
５  ドレイン電極
６  ゲート電極
１０，２０，３０，４０，５０  ヒューズ構造
１１，１３，１４  電極部
１２，１５  配線部
４０ａ  分断部
６１  一次側回路
６２  二次側回路
６３  トランス
６４  交流電源
６５  ブリッジ整流回路
６６ａ，６６ｂ，６６ｃ，６６ｄ，６６ｅ，６７ａ，６７ｂ，６７ｃ  スイッチング素子
７１  ディジタル・プレディストーション回路
７２ａ，７２ｂ  ミキサー
７３  パワーアンプ
【図１】
2018056379.tif 000003
【図２】
2018056379.tif 000004
【図３】
2018056379.tif 000005
【図４】
2018056379.tif 000006
【図５】
2018056379.tif 000007
【図６】
2018056379.tif 000008
【図７】
2018056379.tif 000009
【図８】
2018056379.tif 000010
【図９】
2018056379.tif 000011
【図１０】
2018056379.tif 000012
【図１１】
2018056379.tif 000013
【図１２】
2018056379.tif 000014
【図１３】
2018056379.tif 000015
【図１４】
2018056379.tif 000016
【図１５】
2018056379.tif 000017