(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に形成された化合物半導体層と、
前記化合物半導体層の上方でゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と
を備え、
前記ゲート絶縁膜は、分極方向が前記化合物半導体層と逆方向である反転した自発分極を有する第１の層と、自発分極の向きを反転させる第２の層とを含むことを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項２】
前記第２の層上に前記第１の層が配されて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】
前記第１の層は、Ｏ極性のＺｎＯ，Ｏ極性のＭｇＯのうちの一方又は双方の混晶を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の化合物半導体装置。
【請求項４】
前記第２の層は、Ｇａ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3，Ｉｎ2Ｏ3，Ｃｒ2Ｏ3のうちの１種又は２種以上の混晶を含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の化合物半導体装置。
【請求項５】
前記第１の層は、Ｎ極性のＧａＮであることを特徴とする請求項２に記載の化合物半導体装置。
【請求項６】
前記第２の層は、ｐ型不純物が添加されたＧａＮを含む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】
基板の上方に化合物半導体層を形成する工程と、
前記化合物半導体層の上方にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記化合物半導体層の上方に前記ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と
を含み、
前記ゲート絶縁膜は、分極方向が前記化合物半導体層と逆方向である反転した自発分極を有する第１の層と、自発分極の向きを反転させる第２の層とを含むことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第２の層上に前記第１の層が配されてなることを特徴とする請求項７に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１の層は、Ｏ極性のＺｎＯ，Ｏ極性のＭｇＯのうちの１種又は双方の混晶を含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第２の層は、Ｇａ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3，Ｉｎ2Ｏ3，Ｃｒ2Ｏ3のうちの１種又は２種以上の混晶を含むことを特徴とする請求項８又は９に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体層を備えた化合物半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体デバイスは、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としての開発が活発に行われている。窒化物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。特に、ＧａＮを電子走行層とし、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、高耐圧及び高出力が実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１９３０９号公報
【特許文献２】特開２００９−７６８４５号公報
【特許文献３】特開２００４−３３５９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電源装置等に用いられるスイッチング素子では、電圧のオフ時には電流が流れない、所謂ノーマリ・オフ動作が望まれる。しかしながら、ＡｌＧａＮ/ＧａＮ・ＨＥＭＴでは、２次元電子ガスが高濃度であることから、チャネル領域における電子量も大きく、ノーマリ・オフの実現が困難であるという問題がある。
【０００５】
ＡｌＧａＮ/ＧａＮ・ＨＥＭＴにおけるノーマリ・オフを指向する技術が提案されている（特許文献１〜３を参照）。しかしながらこれらの技術では、完全な、或いは十分なノーマリ・オフを実現することができない。また、製造過程における熱処理等による電子の走行領域へのダメージに起因するシート抵抗及びゲートリーク電流の増加、出力の低下等の不都合を回避することも困難である。
【０００６】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、比較的簡素な構成で、シート抵抗及びゲートリーク電流の増加、出力の低下等の不都合を生ぜしめることなく、所期のノーマリ・オ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及びその製造方法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、基板と、前記基板の上方に形成された化合物半導体層と、前記化合物半導体層の上方でゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを備え、前記ゲート絶縁膜は、分極方向が前記化合物半導体層と逆方向である反転した自発分極を有する第１の層と、自発分極の向きを反転させる第２の層とを含む。
【０００８】
化合物半導体装置の製造方法の一態様は、基板の上方に化合物半導体層を形成する工程と、前記化合物半導体層の上方にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記化合物半導体層の上方に前記ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程とを含み、前記ゲート絶縁膜は、分極方向が前記化合物半導体層と逆方向である反転した自発分極を有する第１の層と、自発分極の向きを反転させる第２の層とを含む。
【発明の効果】
【０００９】
上記の諸態様によれば、比較的簡素な構成で、シート抵抗及びゲートリーク電流の増加、出力の低下等の不都合を生ぜしめることなく、所期のノーマリ・オフを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態による化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図２】図１に引き続き、第１の実施形態による化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図３】図２に引き続き、第１の実施形態による化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図４】図３に引き続き、第１の実施形態による化合物半導体装置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の機能及び効果を説明するための概略断面図である。
【図６】比較例のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを示す概略断面図である。
【図７】本実施形態及びその比較例によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴのバンドダイヤグラムを示す図である。
【図８】第２の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
【図９】第３の実施形態による電源装置の概略構成を示す結線図である。
【図１０】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】
【００１１】
以下、諸実施形態について図面を参照して詳細に説明する。以下の諸実施形態では、化合物半導体装置の構成について、その製造方法と共に説明する。なお、以下の図面において、図示の便宜上、相対的に正確な大きさ及び厚みに示していない構成部材がある。諸実施形態において、素子分離は、所定の素子分離法、例えばＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法、又は素子分離領域へのイオン注入等により行う。
【００１２】
（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ＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを開示する。
図１〜図４は、第１の実施形態による化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【００１３】
先ず、図１（ａ）に示すように、成長用基板として例えば半絶縁性のＳｉＣ基板１上に、電子走行層２、中間層３、電子供給層４、及びキャップ層５を順次形成する。ＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴでは、電子走行層２の電子供給層４（直接的には中間層３）との界面近傍に２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が生成される。
【００１４】
詳細には、ＳｉＣ基板１上に、例えば分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法により、以下の各化合物半導体層を成長する。ＭＢＥ法の代わりに、有機金属気相成長法であるＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法等を用いても良い。
ＳｉＣ基板１上に、ｉ−ＧａＮ、ｉ−ＡｌＧａＮ、ｎ−ＡｌＧａＮ、及びｎ+−ＧａＮを順次堆積し、電子走行層２、中間層３、電子供給層４、及びキャップ層５を積層形成する。ここで、電子走行層２は膜厚２μｍ程度、中間層３は膜厚５ｎｍ程度で例えばＡｌ比率０．２、電子供給層４は膜厚３０ｎｍ程度で例えばＡｌ比率０．２、キャップ層５は膜厚１０ｎｍ程度に形成する。なお、電子供給層４をインテンショナリーアンドープＡｌＧａＮ（ｉ−ＡｌＧａＮ）層としても良い。
【００１５】
上記のｉ−ＧａＮ、ｉ−ＡｌＧａＮ、ｎ−ＧａＮ、及びｎ−ＡｌＧａＮ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ガス、トリメチルガリウムガス、及びアンモニア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。ｎ−ＧａＮ及びｎ−ＡｌＧａＮを成長する際には、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。
【００１６】
電子走行層２、中間層３、電子供給層４、及びキャップ層５（ｉ−ＧａＮ、ｉ−ＡｌＧａＮ、ｎ−ＡｌＧａＮ、及びｎ+−ＧａＮ）は、全てＧａ極性に形成される。即ち、これらの層では、ＳｉＣ基板１と反対側の表面がＧａで終端されており、ＳｉＣ基板１を最下部として下部から上部へ向かう方向に自発分極の電界が生じることになる。
【００１７】
続いて、図１（ｂ）に示すように、キャップ層５の表層に極性反転層６を形成する。
詳細には、キャップ層５の表面に酸素（Ｏ）プラズマを照射する。これにより、キャップ層５の表層（ＧａＮ）が変質し、Ｇａ2Ｏ3を含む極性反転層６が例えば１ｎｍ程度の厚みに形成される。極性反転層６は、その上に形成される例えば半導体層の極性を反転させる性質を有している。
極性反転層６は、キャップ層５の表面に酸素プラズマを照射する代わりに、例えばスパッタ法により、Ｇａ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3，Ｉｎ2Ｏ3，Ｃｒ2Ｏ3のうちの１種又は２種以上の混晶を堆積して形成しても良い。
【００１８】
続いて、図１（ｃ）に示すように、極性反転層６上に逆極性層７を形成する。
詳細には、例えばＭＢＥ法により、Ｚｎを供給し、極性反転層６上に例えば膜厚１０ｎｍ程度にＺｎＯを成長する。このときＺｎＯは、極性反転層６の存在によりＯ極性となり、逆極性層７が形成される。逆極性層７では、ＳｉＣ基板１と反対側の表面がＯで終端されており、ＳｉＣ基板１を最下部として上部から下部へ向かう方向、即ち例えばキャップ層５の自発分極とは反対の方向に自発分極の電界が生じることになる。
逆極性層７は、Ｏ極性のＺｎＯの代わりに、Ｏ極性のＭｇＯ、又はＯ極性のＺｎＯ及びＯ極性のＭｇＯの混晶を成長して形成しても良い。
【００１９】
続いて、図２（ａ）に示すように、ゲート絶縁膜を形成するためのレジストマスク８を形成する。
詳細には、逆極性層７上にレジストを塗付し、リソグラフィーによりレジストを加工する。これにより、逆極性層７上のゲート電極形成部位にレジストマスク８が形成される。
【００２０】
続いて、図２（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜９を形成する。
詳細には、レジストマスク８を用いて、逆極性層７及び極性反転層６をドライエッチングする。これにより、キャップ層５上のゲート絶縁膜の形成部位に、極性反転層６及び逆極性層７の積層構造であるゲート絶縁膜９が形成される。
その後、レジストマスク８を灰化処理等により除去する。
【００２１】
続いて、図２（ｃ）に示すように、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１０を形成する。
詳細には、ゲート絶縁膜９を覆うようにキャップ層５上にレジストを塗付し、リソグラフィーによりレジストを加工する。これにより、開口１０ａ，１０ｂを有するレジストマスク１０が形成される。開口１０ａは、キャップ層５の表面におけるソース電極の形成部位を露出するように形成される。開口１０ｂは、キャップ層５の表面におけるドレイン電極の形成部位を露出するように形成される。
【００２２】
続いて、図３（ａ）に示すように、ソース電極１１及びドレイン電極１２を形成する。
詳細には、電極材料として例えばＴｉ／Ａｌを用い、蒸着法等により、開口１０ａ，１０ｂを埋め込むようにレジストマスク１０上にＴｉ／Ａｌを堆積する。リフトオフ法により、レジストマスク１０及びその上に堆積したＴｉ／Ａｌを除去する。その後、ＳｉＣ基板１を、例えば窒素雰囲気中において６００℃程度で熱処理し、オーミックコンタクトを確立する。以上により、キャップ層５上には、ソース電極１１及びドレイン電極１２が形成される。
【００２３】
続いて、図３（ｂ）に示すように、パッシベーション膜１３を形成する。
詳細には、例えばＰＥＣＶＤ法により、ＳｉＣ基板１上の全面を覆うように、絶縁膜、ここではＳｉＮ膜を例えば膜厚２００ｎｍ程度に堆積する。これにより、パッシベーション膜１３が形成される。
【００２４】
続いて、図３（ｃ）に示すように、レジストマスク１４を形成する。
詳細には、パッシベーション膜１３上にレジストを塗付し、リソグラフィーによりレジストを加工する。これにより、ゲート電極の形成部位に開口１４ａを有するレジストマスク１４が形成される。
【００２５】
続いて、図４（ａ）に示すように、パッシベーション膜１３に開口１３ａを形成する。
詳細には、レジストマスク１４をマスクとして、ドライエッチングによりパッシベーション膜１３を加工し、パッシベーション膜１３の開口１４ａから露出する部位を除去する。これにより、パッシベーション膜１３に、ゲート絶縁膜９（逆極性層７）の表面の一部を露出する開口１３ａが形成される。
【００２６】
続いて、図４（ｂ）に示すように、ゲート電極１５を形成する。
詳細には、電極材料として例えばＮｉ／Ａｕを用い、蒸着法等により、開口１３ａの全て及び開口１４ａの一部を埋め込むようにレジストマスク１４上にＮｉ／Ａｕを堆積する。リフトオフ法により、レジストマスク１４及びその上に堆積するＮｉ／Ａｕを除去する。以上により、開口１３ａをＮｉ／Ａｕで埋め込んでパッシベーション膜１３の表面から上部が突出するように、キャップ層５上にゲート絶縁膜９を介したゲート電極１５が形成される。
【００２７】
しかる後、ゲート電極１５を覆う層間絶縁膜の形成、ソース電極１１、ドレイン電極１２、及びゲート電極１５と導通する配線の形成等の諸工程を経て、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴが形成される。
【００２８】
本実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴについて、その機能及び効果を比較例との比較に基づいて説明する。
図５は、本実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの機能及び効果を説明するための概略断面図であり、図４（ｂ）に対応する図である。図６は、比較例のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを示す概略断面図である。図７は、（ａ）が本実施形態の比較例によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴのバンドダイヤグラムを示す図であり、（ｂ）が本実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴのバンドダイヤグラムを示す図である。なお、図５〜図７では、図示及び説明の簡略化のため、図４（ｂ）におけるＳｉＣ基板１、中間層３、及びキャップ層５の図示を省略し、ゲート絶縁膜９を単層構成として表示する。
【００２９】
通常のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴでは、図６に示すように、ＧａＮからなる電子走行層２とＡｌＧａＮからなる電子供給層４との格子定数差に起因した歪みが電子供給層４に生じ、ピエゾ分極が発生する。この場合、図７（ａ）に示すように、電子走行層２の電子供給層４との界面では、フェルミエネルギーＥFが伝導帯ＥCよりも大きくなり、高濃度の２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が得られる。これにより、高出力が実現される。ところが、この高濃度の２次元電子ガスのため、ゲート電圧の閾値は負値となり、オフ時でもチャネル領域に多量の２次元電子ガスが存在する。そのため、ノーマリ・オフの実現が困難であるという問題がある。
【００３０】
本実施形態のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴでは、図５に示すように、電子供給層４（図４（ｂ）ではキャップ層５）とゲート電極１５との間に、ゲート絶縁膜９が配されている。電子供給層４のｎ−ＡｌＧａＮはＧａ極性であり、矢印Ａのように下部から上部へ向かって自発分極の電界が生じる。これに対してゲート絶縁膜９では、その逆極性層７のＺｎＯはＯ極性であり、矢印Ａと逆方向、即ち矢印Ｂのように上部から下部へ向かって自発分極の電界が生じる。
【００３１】
この場合、図７（ｂ）に示すように、逆極性層７の自発分極によりゲート電極１５のエネルギーバンドが押し上げられる。電子走行層２の電子供給層４との界面では、フェルミエネルギーＥFが伝導帯ＥCよりも小さく、チャネル領域では２次元電子ガスが発生しない。本実施形態では、逆極性層７をゲート絶縁膜９（の一部）として用いることで、ゲート電圧の閾値が正の方向にシフトする（閾値が所定の正値となる。）。これにより、図５のように、ゲート電極１５に電圧が印加されていない状態では、ゲート電極１５の下方の部分（チャネル領域）では２次元電子ガスが消失し、完全なノーマリ・オフ型のトランジスタが実現する。
【００３２】
ＺｎＯの自発分極について、窒化物半導体と比較して説明する。
ＺｎＯ及び窒化物半導体（ＩｎＮ，ＧａＮ，ＡｌＮ）の自発分極の大きさを以下の表１に示す。
【００３３】
【表１】
0005672868.tif 000002
【００３４】
表１のように、ＺｎＯは、ＡｌＮに次いで自発分極が大きい。ＧａＮ上或いはＡｌＧａＮ上にＺｎＯを成長すると、自発分極を打ち消す方向にピエゾ分極が発生するが、自発分極の方がピエゾ分極よりも大きい。従って、分極全体として見れば、自発分極がピエゾ分極に勝るため、逆極性層７にはキャップ層５を最下部として上部から下部へ向かう自発分極が残る。これにより、ゲート電圧の閾値が所定の正値となる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴによれば、比較的簡素な構成で、シート抵抗及びゲートリーク電流の増加、出力の低下等の不都合を生ぜしめることなく、完全なノーマリ・オフを実現することができる。
【００３６】
−変形例−
以下、本実施形態の諸変形例について説明する。これらの変形例では、化合物半導体及びゲート絶縁膜の材料が本実施形態と異なるが、説明の便宜上、本実施形態の図４（ｂ）を用いて同じ符号で説明する。
【００３７】
（変形例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が近くすることが可能な化合物半導体である。この場合、図４（ｂ）において、電子走行層２がｉ−ＧａＮ、中間層３がｉ−ＩｎＡｌＮ、電子供給層４がｎ−ＩｎＡｌＮ、キャップ層５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。
【００３８】
極性反転層６は、キャップ層５の表面への酸素プラズマの照射により、例えばＧａ2Ｏ3を含む変質層として形成される。逆極性層７は、本実施形態と同様に、Ｏ極性のＺｎＯ（或いはＯ極性のＭｇＯ、又はＯ極性のＺｎＯ及びＯ極性のＭｇＯの混晶）として形成される。
【００３９】
本例のＩｎＡｌＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴによれば、本実施形態のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴと同様に、比較的簡素な構成で、シート抵抗及びゲートリーク電流の増加、出力の低下等の不都合を生ぜしめることなく、完全なノーマリ・オフを実現することができる。
【００４０】
（変形例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格子定数が小さい化合物半導体である。この場合、図４（ｂ）において、電子走行層２がｉ−ＧａＮ、中間層３がｉ−ＩｎＡｌＧａＮ、電子供給層４がｎ−ＧａＮ、キャップ層５がｎ+−ＩｎＡｌＧａＮで形成される。
【００４１】
極性反転層６は、キャップ層５の表面への酸素プラズマの照射により、例えばＧａ2Ｏを含む変質層として形成される。逆極性層７は、本実施形態と同様に、Ｏ極性のＺｎＯ（或いはＯ極性のＭｇＯ、又はＯ極性のＺｎＯ及びＯ極性のＭｇＯの混晶）として形成される。
【００４２】
本例のＩｎＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴによれば、本実施形態のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴと同様に、比較的簡素な構成で、シート抵抗及びゲートリーク電流の増加、出力の低下等の不都合を生ぜしめることなく、完全なノーマリ・オフを実現することができる。
【００４３】
（変形例３）
本例では、化合物半導体装置として、ＩｎＡｌＧａＮ／ＩｎＡｌＮ・ＨＥＭＴを開示する。
ＩｎＡｌＮとＩｎＡｌＧａＮとでは、そのＩｎ，Ａｌ，Ｇａの組成比率を調節することで、格子定数の大小関係が変わる。組成比率の調節により、ＩｎＡｌＮの格子定数をＩｎＡｌＧａＮの格子定数よりも小さくしたり、逆にＩｎＡｌＧａＮの格子定数をＩｎＡｌＮの格子定数よりも小さくすることができる。ここでは、ＩｎＡｌＧａＮの格子定数をＩｎＡｌＮの格子定数よりも小さくする場合を例示する。
【００４４】
この場合、図４（ｂ）において、電子走行層２がｉ−ＩｎＡｌＮ、中間層３がｉ−ＩｎＡｌＧａＮ、電子供給層４がｎ−ＩｎＡｌＧａＮ、キャップ層５がｎ+−ＩｎＡｌＮで形成される。
【００４５】
極性反転層６は、キャップ層５の表面への酸素プラズマの照射により、例えばＡｌ2Ｏ3及びＩｎ2Ｏ3の混晶を含む変質層として形成される。逆極性層７は、本実施形態と同様に、Ｏ極性のＺｎＯ（或いはＯ極性のＭｇＯ、又はＯ極性のＺｎＯ及びＯ極性のＭｇＯの混晶）として形成される。
【００４６】
本例のＩｎＡｌＧａＮ／ＩｎＡｌＮ・ＨＥＭＴによれば、本実施形態のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴと同様に、比較的簡素な構成で、シート抵抗及びゲートリーク電流の増加、出力の低下等の不都合を生ぜしめることなく、完全なノーマリ・オフを実現することができる。
【００４７】
（変形例４）
本例では、化合物半導体装置として、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ／Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ・ＨＥＭＴを開示する。
同種の化合物半導体でも、その組成比率が異なれば格子定数も異なるものとなる。１種の化合物半導体で格子定数の異なるものとしては、例えば、ＡｌＧａＮについて、Ａｌ0.3Ｇａ0.7ＮとＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎとすることが考えられる。ＡｌＧａＮでは、Ａｌの組成比率が大きいほど格子定数が小さくなる。従って、Ａｌ0.5Ｇａ0.5ＮはＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりも格子定数が小さい。
【００４８】
この場合、図４（ｂ）において、電子走行層２がｉ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ、中間層３がｉ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ、電子供給層４がｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ、キャップ層５がｎ+−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎで形成される。
【００４９】
極性反転層６は、キャップ層５の表面への酸素プラズマの照射により、例えばＧａ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3の混晶を含む変質層として形成される。逆極性層７は、本実施形態と同様に、Ｏ極性のＺｎＯ（或いはＯ極性のＭｇＯ、又はＯ極性のＺｎＯ及びＯ極性のＭｇＯの混晶）として形成される。
【００５０】
本例のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ／Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ・ＨＥＭＴによれば、本実施形態のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴと同様に、比較的簡素な構成で、シート抵抗及びゲートリーク電流の増加、出力の低下等の不都合を生ぜしめることなく、完全なノーマリ・オフを実現することができる。
【００５１】
（変形例５）
本例では、化合物半導体装置として、ＺｎＭｇＯ／ＺｎＯ・ＨＥＭＴを開示する。
この場合、図４（ｂ）において、電子走行層２がｉ−ＺｎＯ、中間層３がｉ−ＺｎＭｇＯ、電子供給層４がｎ−ＺｎＭｇＯ、キャップ層５がｎ+−ＺｎＯで形成される。
【００５２】
極性反転層６は、例えばスパッタ法により、キャップ層５上に例えばＧａ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3，Ｉｎ2Ｏ3，Ｃｒ2Ｏ3のうちの１種又は２種以上の混晶、例えばＡｌ2Ｏ3が堆積されて形成される。逆極性層７は、本実施形態と同様に、Ｏ極性のＺｎＯ（或いはＯ極性のＭｇＯ、又はＯ極性のＺｎＯ及びＯ極性のＭｇＯの混晶）として形成される。
【００５３】
本例のＺｎＭｇＯ／ＺｎＯ・ＨＥＭＴによれば、本実施形態のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴと同様に、比較的簡素な構成で、シート抵抗及びゲートリーク電流の増加、出力の低下等の不都合を生ぜしめることなく、完全なノーマリ・オフを実現することができる。
【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を開示するが、ゲート絶縁膜の形成方法が異なる点で相違する。
図８は、第２の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
【００５５】
先ず、第１の実施形態の図１（ａ）と同様の工程において、例えばＭＢＥ法により、電子走行層２、中間層３、電子供給層４、及びキャップ層５を順次成長して形成する。
【００５６】
続いて、図８（ａ）に示すように、極性反転層２１を形成する。
詳細には、ｐ型不純物、例えばＭｇを含む例えばＣｐ2Ｍｇガスを所定の流量で原料ガスに添加し、ＧａＮにＭｇをドーピングする。Ｍｇのドーピング濃度は、１×１０19／ｃｍ3程度〜１×１０22／ｃｍ3程度の高値に、例えば５×１０20／ｃｍ3程度とする。これにより、キャップ層５上にｐ+−ＧａＮからなる極性反転層２１が例えば３ｎｍ程度の厚みに形成される。Ｍｇ等のｐ型不純物が過剰にドーピングされたｐ+−ＧａＮは極性が反転することが知られている。
【００５７】
続いて、図８（ｂ）に示すように、極性反転層２１上に逆極性層２２を形成する。
詳細には、例えばＭＢＥ法により、極性反転層２１上に例えば膜厚１０ｎｍ程度にＧａＮを成長する。このときＧａＮは、極性反転層２１の存在によりＮ極性となり、逆極性層２２が形成される。逆極性層２２では、ＳｉＣ基板１と反対側の表面がＮで終端されており、ＳｉＣ基板１を最下部として上部から下部へ向かう方向、即ち例えばキャップ層５の自発分極とは反対の方向に自発分極の電界が生じることになる。
【００５８】
そして、第１の実施形態の図２（ａ）〜図４（ｂ）と同様の諸工程を実行する。これにより、図８（ｃ）に示すように、開口１３ａをＮｉ／Ａｕで埋め込んでパッシベーション膜１３の表面から上部が突出するように、キャップ層５上にゲート絶縁膜２３を介したゲート電極１５が形成される。
【００５９】
しかる後、ゲート電極１５を覆う層間絶縁膜の形成、ソース電極１１、ドレイン電極１２、及びゲート電極１５と導通する配線の形成等の諸工程を経て、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴが形成される。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴによれば、比較的簡素な構成で、シート抵抗及びゲートリーク電流の増加、出力の低下等の不都合を生ぜしめることなく、完全なノーマリ・オフを実現することができる。
【００６１】
（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の実施形態のいずれかによるＨＥＭＴを備えた電源装置を開示する。
図９は、第３の実施形態による電源装置の概略構成を示す結線図である。
【００６２】
本実施形態による電源装置は、高圧の一次側回路３１及び低圧の二次側回路３２と、一次側回路３１と二次側回路３２との間に配設されるトランス３３とを備えて構成される。
一次側回路３１は、交流電源３４と、いわゆるブリッジ整流回路３５と、複数（ここでは４つ）のスイッチング素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄとを備えて構成される。また、ブリッジ整流回路３５は、スイッチング素子３６ｅを有している。
二次側回路３２は、複数（ここでは３つ）のスイッチング素子３７ａ，３７ｂ，３７ｃを備えて構成される。
【００６３】
本実施形態では、一次側回路３１のスイッチング素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅが、第１の実施形態及びその諸変形例、並びに第２の実施形態のいずれかによるＨＥＭＴとされている。一方、二次側回路３２のスイッチング素子３７ａ，３７ｂ，３７ｃは、シリコンを用いた一般的なＭＩＳ・ＦＥＴとされている。
【００６４】
本実施形態では、比較的簡素な構成で、シート抵抗及びゲートリーク電流の増加、出力の低下等の不都合を生ぜしめることなく、完全なノーマリ・オフを実現することができるＨＥＭＴを高圧回路に適用する。これにより、信頼性の高い大電力の電源回路が実現する。
【００６５】
（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の実施形態のいずれかによるＨＥＭＴを備えた高周波増幅器を開示する。
図１０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。
【００６６】
本実施形態による高周波増幅器は、例えば携帯電話の基地局用パワーアンプに適用されるものである。この高周波増幅器は、ディジタル・プレディストーション回路４１と、ミキサー４２ａ，４２ｂと、パワーアンプ４３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４１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４２ａ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４３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の実施形態のいずれかによるＨＥＭＴを有している。なお図１０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４２ｂ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４１に送出できる構成とされている。
【００６７】
本実施形態では、比較的簡素な構成で、シート抵抗及びゲートリーク電流の増加、出力の低下等の不都合を生ぜしめることなく、完全なノーマリ・オフを実現することができる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。
【００６８】
以下、化合物半導体装置の製造方法及び化合物半導体装置の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００６９】
（付記１）基板と、
前記基板の上方に形成された化合物半導体層と、
前記化合物半導体層の上方でゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と
を備え、
前記ゲート絶縁膜は、分極方向が前記化合物半導体層と逆方向である反転した自発分極を有する第１の層を含むことを特徴とする化合物半導体装置。
【００７０】
（付記２）前記ゲート絶縁膜は、自発分極の向きを反転させる第２の層を更に含み、前記第２の層上に前記第１の層が配されて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。
【００７１】
（付記３）前記第１の層は、Ｏ極性のＺｎＯ，Ｏ極性のＭｇＯのうちの一方又は双方の混晶を含むことを特徴とする付記１又は２に記載の化合物半導体装置。
【００７２】
（付記４）前記第２の層は、Ｇａ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3，Ｉｎ2Ｏ3，Ｃｒ2Ｏ3のうちの１種又は２種以上の混晶を含むことを特徴とする付記２又は３に記載の化合物半導体装置。
【００７３】
（付記５）前記第１の層は、Ｎ極性のＧａＮであることを特徴とする付記２に記載の化合物半導体装置。
【００７４】
（付記６）前記第２の層は、ｐ型不純物が添加されたＧａＮを含むことを特徴とする付記５に記載の化合物半導体装置。
【００７５】
（付記７）前記化合物半導体層は、ＩｎＡｌＮとＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮとＧａＮ、ＩｎＡｌＮとＩｎＡｌＧａＮ、組成の相異なる２種のＡｌＧａＮ、及びＺｎＯとＺｎＭｇＯからなる群から選ばれた１種を含むことを特徴とする付記１〜６のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。
【００７６】
（付記８）基板の上方に化合物半導体層を形成する工程と、
前記化合物半導体層の上方にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記化合物半導体層の上方に前記ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と
を含み、
前記ゲート絶縁膜は、分極方向が前記化合物半導体層と逆方向である反転した自発分極を有する第１の層を含むことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【００７７】
（付記９）前記ゲート絶縁膜は、自発分極の向きを反転させる第２の層を更に含み、前記第２の層上に前記第１の層が配されてなることを特徴とする付記８に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【００７８】
（付記１０）前記第１の層は、Ｏ極性のＺｎＯ，Ｏ極性のＭｇＯのうちの１種又は双方の混晶を含むことを特徴とする付記８又は９に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【００７９】
（付記１１）前記第２の層は、Ｇａ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3，Ｉｎ2Ｏ3，Ｃｒ2Ｏ3のうちの１種又は２種以上の混晶を含むことを特徴とする付記９又は１０に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【００８０】
（付記１２）前記第１の層は、Ｎ極性のＧａＮであることを特徴とする付記９に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【００８１】
（付記１３）前記第２の層は、ＧａＮにｐ型不純物を添加して形成することを特徴とする付記１２に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【００８２】
（付記１４）前記化合物半導体層は、ＩｎＡｌＮとＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮとＧａＮ、ＩｎＡｌＮとＩｎＡｌＧａＮ、組成の相異なる２種のＡｌＧａＮ、及びＺｎＯとＺｎＭｇＯからなる群から選ばれた１種を含むことを特徴とする付記８〜１３のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【００８３】
（付記１５）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、
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、
基板と、
前記基板の上方に形成された化合物半導体層と、
前記化合物半導体層の上方でゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と
を備え、
前記ゲート絶縁膜は、分極方向が前記化合物半導体層と逆方向である反転した自発分極を有する第１の層を含むことを特徴とする電源回路。
【００８４】
（付記１６）前記ゲート絶縁膜は、自発分極の向きを反転させる第２の層を更に含み、前記第２の層上に前記第１の層が配されてなることを特徴とする付記１５に記載の電源回路。
【００８５】
（付記１７）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、
基板と、
前記基板の上方に形成された化合物半導体層と、
前記化合物半導体層の上方でゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と
を備え、
前記ゲート絶縁膜は、分極方向が前記化合物半導体層と逆方向である反転した自発分極を有する第１の層を含むことを特徴とする高周波増幅器。
【００８６】
（付記１８）前記ゲート絶縁膜は、自発分極の向きを反転させる第２の層を更に含み、前記第２の層上に前記第１の層が配されてなることを特徴とする付記１７に記載の高周波増幅器。
【符号の説明】
【００８７】
１  ＳｉＣ基板
２  電子走行層
３  中間層
４  電子供給層
５  キャップ層
６，２１  極性反転層
７，２２  逆極性層
８，１０，１４  レジストマスク
９，２３  ゲート絶縁膜
１０ａ，１０ｂ，１３ａ，１４ａ  開口
１１  ソース電極
１２  ドレイン電極
１３  パッシベーション膜
１５  ゲート電極
３１  一次側回路
３２  二次側回路
３３  トランス
３４  交流電源
３５  ブリッジ整流回路
３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅ，３７ａ，３７ｂ，３７ｃ  スイッチング素子
４１  ディジタル・プレディストーション回路
４２ａ，４２ｂ  ミキサー
４３  パワーアンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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