(57)【要約】  可撓部（１０１）と、可撓部の表面と交わる第１の極性面及び第２の極性面を備えた第１の窒化物半導体層（１０２）と、第１の窒化物半導体層（１０２）と格子定数が相違し、第１の極性面で第１の窒化物半導体層（１０２）と接する第２の窒化物半導体層（１０３）と、第１の窒化物半導体層（１０２）と格子定数が相違し、第２の極性面で第１の窒化物半導体層（１０２）と接する第３の窒化物半導体層（１０４）と、が設けられている。第１の窒化物半導体層（１０２）と第２の窒化物半導体層（１０３）との界面の上方に形成された第１のオーミック電極（１０５）と、第１の窒化物半導体層（１０２）と第３の窒化物半導体層（１０４）との界面の上方に形成された第２のオーミック電極（１０６）と、が設けられている。
2015019439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓部と、
前記可撓部の表面の上方に形成され、前記表面と交わる第１の極性面及び第２の極性面を備えた第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層と格子定数が相違し、前記第１の極性面で前記第１の窒化物半導体層と接する第２の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層と格子定数が相違し、前記第２の極性面で前記第１の窒化物半導体層と接する第３の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との界面の上方に形成された第１のオーミック電極と、
前記第１の窒化物半導体層と前記第３の窒化物半導体層との界面の上方に形成された第２のオーミック電極と、
を有することを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項２】
前記第１の窒化物半導体層がＩｎｘＧａ１−ｘＮ層（０≦ｘ≦１）であり、
前記第２の窒化物半導体層及び前記第３の窒化物半導体層がＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＮ層、又はＩｎＡｌＧａＮ層であ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の窒化物半導体層がＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＮ層、又はＩｎＡｌＧａＮ層であり、
前記第２の窒化物半導体層及び前記第３の窒化物半導体層がＩｎｘＧａ１−ｘＮ層（０≦ｘ≦１）であ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１の窒化物半導体層の上面が非極性面であ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５】
前記可撓部の表面の上方に、前記第１の窒化物半導体層、前記第２の窒化物半導体層、前記第３の窒化物半導体層、第１のオーミック電極、及び前記第２のオーミック電極の組み合わせが複数設けられてい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６】
複数の前記第１のオーミック電極が共通接続され、複数の前記第２のオーミック電極が共通接続され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】
請求項１に記載の化合物半導体装置を有することを特徴とする発電装置。
【請求項８】
請求項１に記載の化合物半導体装置を有することを特徴とする圧電センサ。
【請求項９】
可撓部の表面の上方に、前記表面と交わる第１の極性面及び第２の極性面を備えた第１の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１の窒化物半導体層と格子定数が相違し、前記第１の極性面で前記第１の窒化物半導体層と接する第２の窒化物半導体層、及び前記第１の窒化物半導体層と格子定数が相違し、前記第２の極性面で前記第１の窒化物半導体層と接する第３の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との界面の上方に形成された第１のオーミック電極を形成する工程と、
前記第１の窒化物半導体層と前記第３の窒化物半導体層との界面の上方に形成された第２のオーミック電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の窒化物半導体層がＩｎｘＧａ１−ｘＮ層（０≦ｘ≦１）であり、
前記第２の窒化物半導体層及び前記第３の窒化物半導体層がＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＮ層、又はＩｎＡｌＧａＮ層であることを特徴とする請求項９に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の窒化物半導体層がＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＮ層、又はＩｎＡｌＧａＮ層であり、
前記第２の窒化物半導体層及び前記第３の窒化物半導体層がＩｎｘＧａ１−ｘＮ層（０≦ｘ≦１）であることを特徴とする請求項９に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第１の窒化物半導体層を形成する工程は、上面が非極性面である化合物半導体基板に、前記第１の極性面及び前記第２の極性面を露出するトレンチを形成する工程を有することを特徴とする請求項９に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記化合物半導体基板がＧａＮ基板であることを特徴とする請求項１２に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第１の窒化物半導体層を形成する工程は、
基板の上方に、上面が非極性面である第１の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１の窒化物半導体層に、前記第１の極性面及び前記第２の極性面を露出するトレンチを形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項９に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記基板が、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ＡｌＮ基板、ＬｉＡｌＯ２基板、ＬｉＧａＯ２基板、ＺｎＯ基板、パターン加工されたＳｉ基板、及びパターン加工されたサファイア基板からなる群から選択された一つであることを特徴とする請求項１４に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記可撓部の表面の上方に、前記第１の窒化物半導体層、前記第２の窒化物半導体層、前記第３の窒化物半導体層、第１のオーミック電極、及び前記第２のオーミック電極の組み合わせを複数形成することを特徴とする請求項９に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
複数の前記第１のオーミック電極を共通接続し、複数の前記第２のオーミック電極を共通接続することを特徴とする請求項１６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、化合物半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子は、アクチュエータ、圧力センサ、発電装置等に利用することができる。近年、振動、ゆらぎ等により生じる身の回りの小さなエネルギを収穫して活用するエネルギ・ハーベスティングへの圧電素子の応用も期待されている。そして、高温でも使用できる圧電素子の開発が要望されている。高温でも使用可能な圧電素子の材料として窒化物半導体が有望であり、窒化物半導体を用いた圧電素子についての研究が行われている。【０００３】
窒化物半導体を用いた圧電素子に、ＧａＮ層を２つのＡｌＧａＮ層で挟み込み、２つの界面にそれぞれ正極、負極を設けた膜状のものがある。しかしながら、窒化物半導体を用いた従来の圧電素子では、印加された圧力に対する発電効率が十分とはいえない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−９８４０８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】TROLIER-MCKINSTRYら, Journal of Electro ceramics, 12 (2004) 7-17
【非特許文献２】Linら, Smart Materials and Structures, 15 (2006) 1085-1093
【非特許文献３】Kantら, Computers and Structures, 86(2008) 1594-1603
【非特許文献４】Ambacherら, Journal of Applied Physics, 85(1999) 3222-3233
【非特許文献５】Akiyamaら, Synthesiology, Vol.5 (2012) 162-170
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、印加された圧力に対する発電効率を向上することができる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】
化合半導体装置の一態様には、可撓部と、前記可撓部の表面の上方に形成され、前記表面と交わる第１の極性面及び第２の極性面を備えた第１の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層と格子定数が相違し、前記第１の極性面で前記第１の窒化物半導体層と接する第２の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層と格子定数が相違し、前記第２の極性面で前記第１の窒化物半導体層と接する第３の窒化物半導体層と、が設けられている。更に、前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との界面の上方に形成された第１のオーミック電極と、前記第１の窒化物半導体層と前記第３の窒化物半導体層との界面の上方に形成された第２のオーミック電極と、が設けられている。【０００８】
化合物半導体装置の製造方法の一態様では、可撓部の表面の上方に、前記表面と交わる第１の極性面及び第２の極性面を備えた第１の窒化物半導体層を形成し、前記第１の窒化物半導体層と格子定数が相違し、前記第１の極性面で前記第１の窒化物半導体層と接する第２の窒化物半導体層、及び前記第１の窒化物半導体層と格子定数が相違し、前記第２の極性面で前記第１の窒化物半導体層と接する第３の窒化物半導体層を形成する。前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との界面の上方に形成された第１のオーミック電極を形成し、前記第１の窒化物半導体層と前記第３の窒化物半導体層との界面の上方に形成された第２のオーミック電極を形成する。
【発明の効果】
【０００９】
上記の化合物半導体装置等によれば、可撓部の上方の第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層との相互作用により、印加された圧力に対する高い発電効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る化合物半導体装置の構造を示す断面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態の使用例を示す図である。
【図３】図３は、窒化物半導体層の変形及びそれに伴う分極により発生する電荷の量の変化を示す図である。
【図４】図４は、第２の実施形態に係る化合物半導体装置の電極及び配線のレイアウトを示す図である。
【図５】図５は、第２の実施形態に係る化合物半導体装置の構造を示す断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、第２の実施形態に係る化合物半導体装置を製造する方法を示す断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図６Ｂに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、図６Ｃに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、図６Ｄに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６Ｆ】図６Ｆは、図６Ｅに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６Ｇ】図６Ｇは、図６Ｆに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６Ｈ】図６Ｈは、図６Ｇに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６Ｉ】図６Ｉは、図６Ｈに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６Ｊ】図６Ｊは、図６Ｉに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６Ｋ】図６Ｋは、図６Ｊに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６Ｌ】図６Ｌは、図６Ｋに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６Ｍ】図６Ｍは、図６Ｌに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６Ｎ】図６Ｎは、図６Ｍに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６Ｏ】図６Ｏは、図６Ｎに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図７】図７は、第３の実施形態に係る化合物半導体装置の電極及び配線のレイアウトを示す図である。
【図８】図８は、第３の実施形態に係る化合物半導体装置の構造を示す断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、第３の実施形態に係る化合物半導体装置を製造する方法を示す断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図９Ｂに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、図９Ｃに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９Ｅ】図９Ｅは、図９Ｄに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９Ｆ】図９Ｆは、図９Ｅに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９Ｇ】図９Ｇは、図９Ｆに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９Ｈ】図９Ｈは、図９Ｇに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９Ｉ】図９Ｉは、図９Ｈに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９Ｊ】図９Ｊは、図９Ｉに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９Ｋ】図９Ｋは、図９Ｊに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９Ｌ】図９Ｌは、図９Ｋに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９Ｍ】図９Ｍは、図９Ｌに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９Ｎ】図９Ｎは、図９Ｍに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９Ｏ】図９Ｏは、図９Ｎに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０】図１０は、第４の実施形態に係る化合物半導体装置の構造を示す断面図である。
【図１１】図１１は、第５の実施形態に係る化合物半導体装置の構造を示す断面図である。
【図１２】図１２は、第６の実施形態に係る化合物半導体装置の構造を示す断面図である。
【図１３】図１３は、第７の実施形態に係る化合物半導体装置の構造を示す断面図である。
【図１４】図１４は、第８の実施形態に係る発電装置の構成を示す図である。
【図１５】図１５は、第９の実施形態に係る振動センサの構成を示す図である。
【図１６】図１６は、振動センサから出力される電圧の変化を示す図である。
【図１７】図１７は、出力電圧の解析結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本願発明者は、上記の従来のＧａＮ層を２つのＡｌＧａＮ層で挟み込んだ膜状の圧電素子において十分な発電効率が得られない原因について検討を行った。この結果、電圧を発生させるために圧電素子を湾曲させた場合、一方の界面に引張応力が作用し、他方の界面に圧縮応力が作用することが一因であることが明らかになった。つまり、一方の界面に分極により発生する電荷が増加する方向の応力が作用するのに対し、他方の界面に分極により発生する電荷が減少する方向の応力が作用するため、これら界面間で発生する電荷の量に相違が生じるのである。膜状の圧電素子に厚さ方向の力を印加すれば、両界面に同方向で同程度の応力が作用するが、湾曲させた場合ほどの応力を発生させることは困難である。この方向での変形可能な量が少ないからである。本願発明者は、これらの知見に基づいて鋭意検討を行った結果、種々の実施形態に想到した。
【００１２】
以下、実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る化合物半導体装置（圧電素子）の構造を示す断面図である。
【００１４】
図１に示すように、第１の実施形態に係る化合物半導体装置では、可撓部１０１の表面の上方に窒化物半導体層１０２が形成されている。窒化物半導体層１０２は、可撓部１０１のこの表面と交わる第１の極性面及び第２の極性面を備えており、この化合物半導体装置には、窒化物半導体層１０２と格子定数が相違し、窒化物半導体層１０２の第１の極性面と接する窒化物半導体層１０３、及び、窒化物半導体層１０２と格子定数が相違し、窒化物半導体層の１０２第２の極性面と接する窒化物半導体層１０４が設けられている。第１の極性面及び第２の極性面は互いに逆極性の面である。このため、窒化物半導体層１０２と窒化物半導体層１０３との界面の窒化物半導体層１０２側又は窒化物半導体層１０３側に第１導電型の分極により発生する電荷が、ここでは窒化物半導体層１０２側に負の電荷が存在し、窒化物半導体層１０２と窒化物半導体層１０３との界面の窒化物半導体層１０２側又は窒化物半導体層１０４側に第２導電型の分極により発生する電荷が、ここでは窒化物半導体層１０２側に正の電荷が存在する。窒化物半導体層１０２と窒化物半導体層１０３との界面の上方にオーミック電極１０５が形成され、窒化物半導体層１０２と窒化物半導体層１０４との界面の上方にオーミック電極１０６が形成されている。
【００１５】
次に、第１の実施形態の動作について説明する。図２は、第１の実施形態の使用例を示す図である。図３は、窒化物半導体層１０２〜１０４の変形及びそれに伴う分極により発生する電荷の量の変化を示す図である。この使用例では、オーミック電極１０５とオーミック電極１０６との間に電圧計１０７が接続される。
【００１６】
可撓部１０１が平坦な状態から窒化物半導体層１０２が設けられた表面が伸びる方向に湾曲すると、これに伴って窒化物半導体層１０２〜１０４も変形し、窒化物半導体層１０２と窒化物半導体層１０３との界面、及び窒化物半導体層１０２と窒化物半導体層１０４との界面に、これら界面に平行な方向に圧縮応力が作用する。この結果、これら界面の近傍において負の電荷及び正の電荷の双方が減少する。つまり、図３の中央に示す状態から上側に示す状態に変化する。その後、可撓部１０１が湾曲した状態から平坦な状態に戻されると、これに伴って窒化物半導体層１０２〜１０４の形状が戻り、界面に作用していた圧縮応力が緩和される。この結果、これら界面の近傍において負の電荷及び正の電荷の双方が増加する。このような負の電荷及び正の電荷の増減に伴う電圧がオーミック電極１０５及びオーミック電極１０６間に発生し、この電圧が電圧計１０７で測定される。
【００１７】
可撓部１０１が平坦な状態から窒化物半導体層１０２が設けられた表面が縮む方向に湾曲すると、これに伴って窒化物半導体層１０２〜１０４も変形し、窒化物半導体層１０２と窒化物半導体層１０３との界面、及び窒化物半導体層１０２と窒化物半導体層１０４との界面に、これら界面に平行な方向に引張応力が作用する。この結果、これら界面の近傍において負の電荷及び正の電荷の双方が増加する。つまり、図３の中央に示す状態から下側に示す状態に変化する。その後、可撓部１０１が湾曲した状態から平坦な状態に戻されると、これに伴って窒化物半導体層１０２〜１０４の形状が戻り、界面に作用していた引張応力が緩和される。この結果、これら界面の近傍において負の電荷及び正の電荷の双方が減少する。このような負の電荷及び正の電荷の増減に伴う電圧がオーミック電極１０５及びオーミック電極１０６間に発生し、この電圧が電圧計１０７で測定される。
【００１８】
第１の実施形態では、上記のように両界面に互いに同方向で同等の応力が作用する。また、可撓部１０１の湾曲に伴って分極により発生する電荷の量が変化する。従って、大きな変形を付与することが可能であり、かつ、この変形に付随して高効率で発電を行うことができる。
【００１９】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。図４は、第２の実施形態に係る化合物半導体装置（圧電素子）の電極及び配線のレイアウトを示す図であり、図５は、第２の実施形態に係る化合物半導体装置（圧電素子）の構造を示す断面図である。図５は、図４中のＩ−Ｉ線に沿った断面に相当する。
【００２０】
第２の実施形態では、図５に示すように、ＧａＮ基板２００に、膜状又は板状の可撓部２０１、及び可撓部２０１の表面の上方の複数の凸部２０２が含まれる。ＧａＮ基板２００の上面は非極性のｍ面であり、このため、凸部２０２の上面も非極性のｍ面である。凸部２０２は、このｍ面と交わる２つの極性面を備えている。凸部２０２間にトレンチ２０７が形成されている。凸部２０２の極性面の一方はＧａ極性面であり、他方はＮ極性面である。ｍ面のミラー指数は（１−１００）であり、Ｇａ極性面のミラー指数は（０００１）であり、Ｎ極性面のミラー指数は（０００−１）である。ＧａＮ基板２００上にＡｌＧａＮ層２０８が形成されており、ＡｌＧａＮ層２０８は、凸部２０２のＧａ極性面及びＮ極性面と接している。そして、凸部２０２のＧａ極性面側では、凸部２０２とＡｌＧａＮ層２０８との界面の凸部２０２側に負の電荷が存在し、凸部２０２のＮ極性面側では、凸部２０２とＡｌＧａＮ層２０８との界面の凸部２０２側に正の電荷が存在する。例えば、負の電荷は２次元電子ガス（２ＤＥＧ：two-dimensional electron gas）であり、正の電荷は２次元ホールガス（２ＤＨＧ：two-dimensional hole gas）である。第２の実施形態では、凸部２０２が第１の窒化物半導体層の一例であり、ＡｌＧａＮ層２０８のうちで、凸部２０２のＧａ極性面と接する部位２０３が第２の窒化物半導体層の一例であり、凸部２０２のＮ極性面と接する部位２０４が第３の窒化物半導体層の一例である。図５中の結晶方位は、凸部２０２を含むＧａＮ基板２００の結晶方位を示している。
【００２１】
凸部２０２と部位２０３との界面の上方にオーミック電極２０５が形成され、凸部２０２と部位２０４との界面の上方にオーミック電極２０６が形成されている。オーミック電極２０５及びオーミック電極２０６はＡｌＧａＮ層２０８上に位置する。ＡｌＧａＮ層２０８上に絶縁膜２１１が形成されている。絶縁膜２１１は、例えばポリイミド膜である。絶縁膜２１１上に絶縁膜２１２が形成されている。絶縁膜２１２は、例えばシリコン窒化膜である。絶縁膜２１１及び絶縁膜２１２にオーミック電極２０５を露出する開口部２１３及びオーミック電極２０６を露出する開口部２１４が形成されている。図４にも示すように、オーミック電極２０５を共通接続する配線２１８及びオーミック電極２０６を共通接続する配線２１７が形成されている。配線２１７及び配線２１８には、シード層２１５及びめっき膜２１６が含まれている。シード層２１５の一部はオーミック電極２０５と接しており、シード層２１５の他の一部はオーミック電極２０６と接しており、いずれも絶縁膜２１２上まで延在している。めっき膜２１６はシード層２１５上に形成されている。図４中の結晶方位も、凸部２０２を含むＧａＮ基板２００の結晶方位を示している。
【００２２】
第２の実施形態では、可撓部２０１が湾曲した場合、凸部２０２の部位２０３との界面及び部位２０４との界面に互いに同方向で同等の応力が作用する。また、可撓部２０１の湾曲に伴って負の電荷の量及び正の電荷の量が同程度に変化する。従って、大きな変形を付与することが可能であり、かつ、この変形に付随して高効率で発電を行うことができる。
【００２３】
特に、第２の実施形態では、凸部２０２にＧａＮが用いられ、部位２０３及び部位２０４にＡｌＧａＮが用いられているため、高温での使用に極めて有用である。圧電素子の他の材料として、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）等の圧電セラミック、及び、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の圧電ポリマー等が挙げられるが、これらと比較してＧａＮ系窒化物半導体の高温耐性は極めて優れている。また、ＧａＮ系窒化物半導体によれば、ＰＺＴ及びＰＶＤＦと比較して優れた性能指数も得られる。表１に、これら材料の特性を示す。
【００２４】
【表１】
2015019439.tif 000003
【００２５】
圧電素子の高温環境下での用途としては、自動車等のエンジンの燃焼圧の直接計測が挙げられる。この直接計測が実現されれば、燃料消費量を適正化し、排ガスを抑制し、環境負荷の軽減に寄与することができる。また、発電所、化学工場等において高温に晒される部材の異常等の検知に用いることもできる。例えば、部材の内部に発生した欠陥等に伴う微小な異常振動、弾性波、及びアコースティック・エミッション等を検知することができる。このような異常の検知により、事故の予防に寄与することができる。更に、高温の環境下における新たなエネルギ・ハーベスティングを実施することも可能となる。
【００２６】
ＰＺＴは、例えば走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：scanning probe microscope）に組み込まれる圧電素子に用いられ、ＰＶＤＦは、例えば流体、振動体等の種々のエネルギの活用のための圧電素子に用いられているが、ＧａＮ系窒化物半導体の圧電素子も、これらの用途に適している。
【００２７】
次に、第２の実施形態に係る化合物半導体装置を製造する方法について説明する。図６Ａ乃至図６Ｏは、第２の実施形態に係る化合物半導体装置を製造する方法を工程順に示す断面図である。
【００２８】
先ず、図６Ａに示すように、上面がｍ面のＧａＮ基板２００上に、凸部２０２を形成する予定の領域を覆い、トレンチ２０７を形成する予定の領域を露出するフォトレジストのマスク２５１を形成する。図６Ａ中の結晶方位は、ＧａＮ基板２００の結晶方位を示している。
【００２９】
次いで、図６Ｂに示すように、ＧａＮ基板２００をエッチングしてトレンチ２０７及び凸部２０２を形成する。トレンチ２０７の深さ、すなわち凸部２０２の高さは、例えば５μｍ程度とする。また、トレンチ２０７の幅及び凸部２０２の幅は、例えば５μｍ程度とする。このエッチングとしては、例えば塩素系ガスを用いたドライエッチングを行う。
【００３０】
その後、図６Ｃに示すように、マスク２５１を除去し、ＧａＮ基板２００の清浄化を行う。この清浄化では、例えばテトラメチルアンモニウムハイドライド（ＴＭＡＨ）の溶液を用いる。
【００３１】
続いて、図６Ｄに示すように、ＧａＮ基板２００上にＡｌＧａＮ層２０８を形成する。ＡｌＧａＮ層２０８は、例えばＧａＮ基板２００の温度を７２０℃程度としてプラズマアシスト分子線エピタキシー（ＰＡＭＢＥ：plasma-assisted molecular beam epitaxy）法又は有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：metal organic chemical vapor deposition）法により形成することができる。例えば、ＡｌＧａＮ層２０８のＡｌ組成は１５％程度〜２５％程度とし、厚さは２５ｎｍ程度とする。ＡｌＧａＮ層２０８の形成の結果、凸部２０２のＧａ極性面側では、凸部２０２とＡｌＧａＮ層２０８との界面の凸部２０２側に２ＤＥＧが発生し、凸部２０２のＮ極性面側では、凸部２０２とＡｌＧａＮ層２０８との界面の凸部２０２側に２ＤＨＧが発生する。ＡｌＧａＮ層２０８を形成する前にＧａＮ層を形成してもよい。
【００３２】
次いで、図６Ｅに示すように、ＡｌＧａＮ層２０８上に、オーミック電極２０５を形成する予定の領域を露出するフォトレジストのマスク２５２を形成する。その後、金属膜２０９を蒸着法により形成する。金属膜２０９の形成では、例えば、Ｔｉ膜を形成し、その上にＡｌ膜を形成する。
【００３３】
続いて、図６Ｆに示すように、マスク２５２をその上の金属膜２０９と共に除去する。つまり、リフトオフ法により金属膜２０９の一部をＡｌＧａＮ層２０８上に残存させる。次いで、熱処理を行って、金属膜２０９をＡｌＧａＮ層２０８及び凸部２０２にオーミック接触させる。この結果、負極として機能するオーミック電極２０５が得られる。この熱処理としては、例えば６００℃程度でのラピッドサーマルアニール（ＲＴＡ）を行う。
【００３４】
その後、図６Ｇに示すように、ＡｌＧａＮ層２０８上に、オーミック電極２０６を形成する予定の領域を露出するフォトレジストのマスク２５３を形成する。続いて、金属膜２１０を蒸着法により形成する。金属膜２１０の形成では、例えば、Ｎｉ膜を形成し、その上にＡｕ膜を形成する。
【００３５】
次いで、図６Ｈに示すように、マスク２５３をその上の金属膜２１０と共に除去する。つまり、リフトオフ法により金属膜２１０の一部をＡｌＧａＮ層２０８上に残存させる。この結果、正極として機能するオーミック電極２０６が得られる。オーミック電極２０６のオーミック性をより向上させるために、例えば、４００℃程度で、５分間程度の熱処理を行ってもよい。
【００３６】
その後、図６Ｉに示すように、ＡｌＧａＮ層２０８上にオーミック電極２０５及びオーミック電極２０６を覆う絶縁膜２１１を形成し、その上に絶縁膜２１２を形成する。絶縁膜２１１としては、例えばポリイミド膜を形成し、絶縁膜２１２としては、例えばシリコン窒化膜を形成する。ポリイミド膜は塗布法により形成することができ、シリコン窒化膜は堆積法により形成することができる。
【００３７】
続いて、図６Ｊに示すように、絶縁膜２１２上に、開口部２１３を形成する予定の領域及び開口部２１４を形成する予定の領域を露出するフォトレジストのマスク２５４を形成する。次いで、絶縁膜２１２及び絶縁膜２１１をエッチングして開口部２１３及び開口部２１４を形成する。このエッチングとしては、例えばドライエッチングを行う。
【００３８】
その後、図６Ｋに示すように、マスク２５４を除去する。続いて、開口部２１３内、開口部２１４内、及び絶縁膜２１２上にシード層２１５をスパッタリングにより形成する。シード層２１５の形成では、例えば、Ｔｉ膜を形成し、その上にＡｕ膜を形成する。
【００３９】
次いで、図６Ｌに示すように、シード層２１５上に、めっき膜２１６を形成する予定の領域を露出するフォトレジストのマスク２５５を形成する。その後、シード層２１５のマスク２５５から露出している部分上にめっき膜２１６を形成する。めっき膜２１６の形成では、例えば、Ａｕめっき膜を形成し、その上にＮｉめっき膜を形成する。
【００４０】
続いて、図６Ｍに示すように、マスク２５５を除去する。
【００４１】
次いで、図６Ｎに示すように、シード層２１５のめっき膜２１６から露出している部分を除去する。シード層２１５は、例えばイオンミリングにより除去することができる。この結果、シード層２１５及びめっき膜２１６の一部を含む配線２１７、並びにシード層２１５及びめっき膜２１６の他の一部を含む配線２１８が得られる。
【００４２】
その後、図６Ｏに示すように、ＧａＮ基板２００を薄化する。薄化後のＧａＮ基板２００の厚さは、例えば１０μｍ程度とする。ＧａＮ基板２００を薄化する際には、めっき膜２１６及び絶縁膜２１２等を覆うポリイミド膜等の保護膜等を形成しておく。ＧａＮ基板２００は、例えば、機械研磨、ウェットエッチング、又はドライエッチング等により薄化することができる。薄化後のＧａＮ基板２００の厚さは、より高い可撓性を得るためにはより薄いことが好ましく、より高い強度を確保するためにはより厚いことが好ましく、これらを考慮して設定することができる。
【００４３】
凸部２０２の上面がｍ面ではなくａ面であってもよい。ａ面のミラー指数は（１１−２０）である。凸部２０２の上面がｍ面及びａ面以外の非極性面であってもよい。凸部２０２のＧａ極性面及びＮ極性面が可撓部２０１の表面と交差するように露出していれば、所望の作用を得ることができる。例えば、上面がｍ面のＧａＮ基板２００に代えて、上面がａ面のＧａＮ基板を用いれば、凸部２０２の上面をａ面とすることができる。
【００４４】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。図７は、第３の実施形態に係る化合物半導体装置（圧電素子）の電極及び配線のレイアウトを示す図であり、図８は、第３の実施形態に係る化合物半導体装置（圧電素子）の構造を示す断面図である。図８は、図７中のＩ−Ｉ線に沿った断面に相当する。
【００４５】
第３の実施形態では、図８に示すように、膜状又は板状のＧａＮの可撓部３０１の表面の上方に複数のＧａＮの凸部３０２が設けられている。凸部３０２の上面は非極性のｍ面である。凸部３０２は、このｍ面と交わる２つの極性面を備えている。凸部３０２間にトレンチ３０７が形成されている。凸部３０２の極性面の一方はＧａ極性面であり、他方はＮ極性面である。可撓部３０１及び凸部３０２上にＡｌＧａＮ層３０８が形成されており、ＡｌＧａＮ層３０８は、凸部３０２のＧａ極性面及びＮ極性面と接している。そして、凸部３０２のＧａ極性面側では、凸部３０２とＡｌＧａＮ層３０８との界面の凸部３０２側に負の電荷が存在し、凸部３０２のＮ極性面側では、凸部３０２とＡｌＧａＮ層３０８との界面の凸部３０２側に正の電荷が存在する。例えば、負の電荷は２ＤＥＧであり、正の電荷は２ＤＨＧである。第３の実施形態では、凸部３０２が第１の窒化物半導体層の一例であり、ＡｌＧａＮ層３０８のうちで、凸部３０２のＧａ極性面と接する部位３０３が第２の窒化物半導体層の一例であり、凸部３０２のＮ極性面と接する部位３０４が第３の窒化物半導体層の一例である。図８中の結晶方位は、凸部３０２の結晶方位を示している。
【００４６】
凸部３０２と部位３０３との界面の上方にオーミック電極３０５が形成され、凸部３０２と部位３０４との界面の上方にオーミック電極３０６が形成されている。オーミック電極３０５及びオーミック電極３０６はＡｌＧａＮ層３０８上に位置する。ＡｌＧａＮ層３０８上に絶縁膜３１１が形成されている。絶縁膜３１１は、例えばポリイミド膜である。絶縁膜３１１上に絶縁膜３１２が形成されている。絶縁膜３１２は、例えばシリコン窒化膜である。絶縁膜３１１及び絶縁膜３１２にオーミック電極３０５を露出する開口部３１３及びオーミック電極３０６を露出する開口部３１４が形成されている。図７にも示すように、オーミック電極３０５を共通接続する配線３１８及びオーミック電極３０６を共通接続する配線３１７が形成されている。配線３１７及び配線３１８には、シード層３１５及びめっき膜３１６が含まれている。シード層３１５の一部はオーミック電極３０５と接しており、シード層３１５の他の一部はオーミック電極３０６と接しており、いずれも絶縁膜３１２上まで延在している。めっき膜３１６はシード層３１５上に形成されている。図７中の結晶方位も、凸部３０２の結晶方位を示している。
【００４７】
第３の実施形態では、可撓部３０１が湾曲した場合、凸部３０２の部位３０３との界面及び部位３０４との界面に互いに同方向で同等の応力が作用する。また、可撓部３０１の湾曲に伴って負の電荷の量及び正の電荷の量が同程度に変化する。従って、第２の実施形態と同様に、大きな変形を付与することが可能であり、かつ、この変形に付随して高効率で発電を行うことができる。また、第３の実施形態も高温での使用に極めて有用である。
【００４８】
次に、第３の実施形態に係る化合物半導体装置を製造する方法について説明する。図９Ａ乃至図９Ｏは、第３の実施形態に係る化合物半導体装置を製造する方法を工程順に示す断面図である。
【００４９】
先ず、図９Ａに示すように、基板３００上にＧａＮ系のバッファ層３２１及び上面がｍ面のＧａＮ層３２２を形成する。基板３００としては、例えば上面がｍ面のサファイア基板を用いる。次いで、ＧａＮ層３２２上に、凸部３０２を形成する予定の領域を覆い、トレンチ３０７を形成する予定の領域を露出するフォトレジストのマスク３５１を形成する。図９Ａ中の結晶方位は、ＧａＮ層３２２の結晶方位を示している。
【００５０】
その後、図９Ｂに示すように、ＧａＮ層３２２をエッチングしてトレンチ３０７及び凸部３０２を形成する。トレンチ３０７の深さ、すなわち凸部３０２の高さは、例えば５μｍ程度とする。また、トレンチ３０７の幅及び凸部３０２の幅は、例えば５μｍ程度とする。このエッチングとしては、例えば塩素系ガスを用いたドライエッチングを行う。
【００５１】
続いて、図９Ｃに示すように、マスク３５１を除去し、基板３００、バッファ層３２１、及び凸部３０２の清浄化を行う。この清浄化では、例えばＴＭＡＨの溶液を用いる。
【００５２】
次いで、図９Ｄに示すように、バッファ層３２１及び凸部３０２上にＡｌＧａＮ層３０８を形成する。ＡｌＧａＮ層３０８は、例えば基板３００の温度を７２０℃程度としてＰＡＭＢＥ法又はＭＯＣＶＤ法により形成することができる。例えば、ＡｌＧａＮ層３０８のＡｌ組成は１５％程度〜２５％程度とし、厚さは２５ｎｍ程度とする。ＡｌＧａＮ層３０８の形成の結果、凸部３０２のＧａ極性面側では、凸部３０２とＡｌＧａＮ層３０８との界面の凸部３０２側に２ＤＥＧが発生し、凸部３０２のＮ極性面側では、凸部３０２とＡｌＧａＮ層３０８との界面の凸部３０２側に２ＤＨＧが発生する。ＡｌＧａＮ層３０８を形成する前にＧａＮ層を形成してもよい。
【００５３】
その後、図９Ｅに示すように、ＡｌＧａＮ層３０８上に、オーミック電極３０５を形成する予定の領域を露出するフォトレジストのマスク３５２を形成する。続いて、金属膜３０９を蒸着法により形成する。金属膜３０９の形成では、例えば、Ｔｉ膜を形成し、その上にＡｌ膜を形成する。
【００５４】
次いで、図９Ｆに示すように、マスク３５２をその上の金属膜３０９と共に除去する。つまり、リフトオフ法により金属膜３０９の一部をＡｌＧａＮ層３０８上に残存させる。その後、熱処理を行って、金属膜３０９をＡｌＧａＮ層３０８及び凸部３０２にオーミック接触させる。この結果、負極として機能するオーミック電極３０５が得られる。この熱処理としては、例えば６００℃程度でのＲＴＡを行う。
【００５５】
続いて、図９Ｇに示すように、ＡｌＧａＮ層３０８上に、オーミック電極３０６を形成する予定の領域を露出するフォトレジストのマスク３５３を形成する。次いで、金属膜３１０を蒸着法により形成する。金属膜３１０の形成では、例えば、Ｎｉ膜を形成し、その上にＡｕ膜を形成する。
【００５６】
その後、図９Ｈに示すように、マスク３５３をその上の金属膜３１０と共に除去する。つまり、リフトオフ法により金属膜３１０の一部をＡｌＧａＮ層３０８上に残存させる。この結果、正極として機能するオーミック電極３０６が得られる。オーミック電極３０６のオーミック性をより向上させるために、例えば、４００℃程度で、５分間程度の熱処理を行ってもよい。
【００５７】
続いて、図９Ｉに示すように、ＡｌＧａＮ層３０８上にオーミック電極３０５及びオーミック電極３０６を覆う絶縁膜３１１を形成し、その上に絶縁膜３１２を形成する。絶縁膜３１１としては、例えばポリイミド膜を形成し、絶縁膜３１２としては、例えばシリコン窒化膜を形成する。ポリイミド膜は塗布法により形成することができ、シリコン窒化膜は堆積法により形成することができる。
【００５８】
次いで、図９Ｊに示すように、絶縁膜３１２上に、開口部３１３を形成する予定の領域及び開口部３１４を形成する予定の領域を露出するフォトレジストのマスク３５４を形成する。その後、絶縁膜３１２及び絶縁膜３１１をエッチングして開口部３１３及び開口部３１４を形成する。このエッチングとしては、例えばドライエッチングを行う。
【００５９】
続いて、図９Ｋに示すように、マスク３５４を除去する。次いで、開口部３１３内、開口部３１４内、及び絶縁膜３１２上にシード層３１５をスパッタリングにより形成する。シード層３１５の形成では、例えば、Ｔｉ膜を形成し、その上にＡｕ膜を形成する。
【００６０】
その後、図９Ｌに示すように、シード層３１５上に、めっき膜３１６を形成する予定の領域を露出するフォトレジストのマスク３５５を形成する。続いて、シード層３１５のマスク３５５から露出している部分上にめっき膜３１６を形成する。めっき膜３１６の形成では、例えば、Ａｕめっき膜を形成し、その上にＮｉめっき膜を形成する。
【００６１】
次いで、図９Ｍに示すように、マスク３５５を除去する。
【００６２】
その後、図９Ｎに示すように、シード層３１５のめっき膜３１６から露出している部分を除去する。シード層３１５は、例えばイオンミリングにより除去することができる。この結果、シード層３１５及びめっき膜３１６の一部を含む配線３１７、並びにシード層３１５及びめっき膜３１６の他の一部を含む配線３１８が得られる。
【００６３】
続いて、図９Ｏに示すように、基板３００をバッファ層３２１から除去する。基板３００を除去する際には、めっき膜３１６及び絶縁膜３１２等を覆うポリイミド膜等の保護膜等を形成しておく。基板３００は、例えば、レーザ光の照射、機械研磨、ウェットエッチング、又はドライエッチング等により除去することができる。バッファ層３２１は可撓部３０１として機能する。可撓部３０１（バッファ層３２１）の厚さは、より高い可撓性を得るためにはより薄いことが好ましく、より高い強度を確保するためにはより厚いことが好ましく、これらを考慮して設定することができる。
【００６４】
第３の実施形態では、ＧａＮ基板より安価な基板３００を用いることができる。従って、第２の実施形態と比較して製造コストを低減することができる。
【００６５】
凸部３０２の上面がｍ面ではなくａ面であってもよい。凸部３０２の上面がｍ面及びａ面以外の非極性面であってもよい。凸部３０２のＧａ極性面及びＮ極性面が可撓部３０１の表面と交差するように露出していれば、所望の作用を得ることができる。例えば、基板３００として、上面がｍ面のサファイア基板に代えて、上面がｒ面のサファイア基板を用いれば、上面がａ面のＧａＮ層３２２を形成し、凸部３０２の上面をａ面とすることができる。
【００６６】
基板３００として、上面がｍ面のＳｉＣ基板、上面のミラー指数が（１００）のγ−ＬｉＡｌＯ２基板、上面がｍ面のＺｎＯ基板、パターン加工された上面がａ面のサファイア基板、パターン加工された上面のミラー指数（１１２）のＳｉ基板を用いても、上面がｍ面の凸部３０２を得ることができる。これら基板は、例えば、「Gardnerら, Appl. Phys. Lett. 86 (2005) 111101」、「Waltereitら, J. Cryst. Growth 218 (2000) 143」、「Kobayashiら, Appl.Phys. Lett. 90 (2007)  041908」、「Armitageら, Appl.
Phys.  Lett. 92 (2008) 092121」、「Okunoら,  Appl. Phys. Express 2 (2009) 031002」、及び「Niら, Appl. Phys. Lett. 95 (2009) 111102」に記載されている。基板３００として、上面がｍ面のＡｌＮ基板を用いても、上面がｍ面の凸部３０２を得ることができる。
【００６７】
基板３００として、上面がｒ面のサファイア基板、上面のミラー指数が（０１０）のＬｉＧａＯ２基板、上面がａ面のＳｉＣを用いても、上面がａ面の凸部３０２を得ることができる。これら基板は、例えば、「Kurodaら, J. Appl. Phys. 102 (2007) 093703」、「Schuberら, AIP Conf. Proc. 1399 (2011) 191」、「Cravenら, Appl. Phys. Lett. 84 (2004) 1281」に記載されている。基板３００として、上面がａ面のＡｌＮ基板又はＺｎＯ基板を用いても、上面がａ面の凸部３０２を得ることができる。
【００６８】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。図１０は、第４の実施形態に係る化合物半導体装置（圧電素子）の構造を示す断面図である。
【００６９】
第４の実施形態では、図１０に示すように、第２の実施形態におけるＡｌＧａＮ層２０８に代えてＩｎＧａＮ層４０８が設けられている。ＩｎＧａＮ層４０８は、凸部２０２のＧａ極性面及びＮ極性面と接している。そして、凸部２０２のＧａ極性面側では、凸部２０２とＩｎＧａＮ層４０８との界面のＩｎＧａＮ層４０８側に正の電荷が存在し、凸部２０２のＮ極性面側では、凸部２０２とＩｎＧａＮ層４０８との界面のＩｎＧａＮ層４０８側に負の電荷が存在する。例えば、負の電荷は２ＤＥＧであり、正の電荷は２ＤＨＧである。第４の実施形態では、凸部２０２が第１の窒化物半導体層の一例であり、ＩｎＧａＮ層４０８のうちで、凸部２０２のＮ極性面と接する部位４０３が第２の窒化物半導体層の一例であり、凸部２０２のＧａ極性面と接する部位４０４が第３の窒化物半導体層の一例である。図１０中の結晶方位は、凸部２０２を含むＧａＮ基板２００の結晶方位を示している。
【００７０】
凸部２０２と部位４０３との界面の上方にオーミック電極２０５が形成され、凸部２０２と部位４０４との界面の上方にオーミック電極２０６が形成されている。そして、オーミック電極２０５を共通接続する配線２１８及びオーミック電極２０６を共通接続する配線２１７が形成されている。他の構成は第２の実施形態と同様である。
【００７１】
第４の実施形態によっても第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。図１１は、第５の実施形態に係る化合物半導体装置（圧電素子）の構造を示す断面図である。
【００７３】
第５の実施形態では、図１１に示すように、第３の実施形態におけるＡｌＧａＮ層３０８に代えてＩｎＧａＮ層５０８が設けられている。ＩｎＧａＮ層５０８は、凸部３０２のＧａ極性面及びＮ極性面と接している。そして、凸部３０２のＧａ極性面側では、凸部３０２とＩｎＧａＮ層５０８との界面のＩｎＧａＮ層５０８側に正の電荷が存在し、凸部３０２のＮ極性面側では、凸部３０２とＩｎＧａＮ層５０８との界面のＩｎＧａＮ層５０８側に負の電荷が存在する。例えば、負の電荷は２ＤＥＧであり、正の電荷は２ＤＨＧである。第５の実施形態では、凸部３０２が第１の窒化物半導体層の一例であり、ＩｎＧａＮ層５０８のうちで、凸部３０２のＮ極性面と接する部位５０３が第２の窒化物半導体層の一例であり、凸部３０２のＧａ極性面と接する部位５０４が第３の窒化物半導体層の一例である。図１１中の結晶方位は、凸部３０２の結晶方位を示している。
【００７４】
凸部３０２と部位５０３との界面の上方にオーミック電極３０５が形成され、凸部３０２と部位５０４との界面の上方にオーミック電極３０６が形成されている。そして、オーミック電極３０５を共通接続する配線３１８及びオーミック電極３０６を共通接続する配線３１７が形成されている。他の構成は第３の実施形態と同様である。
【００７５】
第５の実施形態によっても第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７６】
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について説明する。図１２は、第６の実施形態に係る化合物半導体装置（圧電素子）の構造を示す断面図である。
【００７７】
第６の実施形態では、図１２に示すように、第２の実施形態における可撓部２０１に代えて可撓部６０１が設けられ、凸部２０２に代えて凸部６０２が設けられ、ＡｌＧａＮ層２０８に代えてＧａＮ層６０８が設けられ、トレンチ２０７に代えてトレンチ６０７が設けられている。可撓部６０１は、例えば上面がｍ面のＧａＮ基板である。凸部６０２は、例えば上面がｍ面のＡｌＧａＮ層である。ＧａＮ層６０８は、凸部６０２のＧａ極性面及びＮ極性面と接している。そして、凸部６０２のＧａ極性面側では、凸部６０２とＧａＮ層６０８との界面のＧａＮ層６０８側に正の電荷が存在し、凸部６０２のＮ極性面側では、凸部６０２とＧａＮ層６０８との界面のＧａＮ層６０８側に負の電荷が存在する。例えば、負の電荷は２ＤＥＧであり、正の電荷は２ＤＨＧである。第６の実施形態では、凸部６０２が第１の窒化物半導体層の一例であり、ＧａＮ層６０８のうちで、凸部６０２のＮ極性面と接する部位６０３が第２の窒化物半導体層の一例であり、凸部６０２のＧａ極性面と接する部位６０４が第３の窒化物半導体層の一例である。図１２中の結晶方位は、凸部６０２の結晶方位を示している。
【００７８】
凸部６０２と部位６０３との界面の上方にオーミック電極２０５が形成され、凸部６０２と部位６０４との界面の上方にオーミック電極２０６が形成されている。そして、オーミック電極２０５を共通接続する配線２１８及びオーミック電極２０６を共通接続する配線２１７が形成されている。他の構成は第２の実施形態と同様である。
【００７９】
第６の実施形態によっても第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８０】
（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態について説明する。図１３は、第７の実施形態に係る化合物半導体装置（圧電素子）の構造を示す断面図である。
【００８１】
第７の実施形態では、図１３に示すように、第３の実施形態における凸部３０２に代えて凸部７０２が設けられ、ＡｌＧａＮ層３０８に代えてＧａＮ層７０８が設けられ、トレンチ３０７に代えてトレンチ７０７が設けられている。凸部７０２は、例えば上面がｍ面のＡｌＧａＮ層である。ＧａＮ層７０８は、凸部７０２のＧａ極性面及びＮ極性面と接している。そして、凸部７０２のＧａ極性面側では、凸部７０２とＧａＮ層７０８との界面のＧａＮ層７０８側に正の電荷が存在し、凸部７０２のＮ極性面側では、凸部７０２とＧａＮ層７０８との界面のＧａＮ層７０８側に負の電荷が存在する。例えば、負の電荷は２ＤＥＧであり、正の電荷は２ＤＨＧである。第７の実施形態では、凸部７０２が第１の窒化物半導体層の一例であり、ＧａＮ層７０８のうちで、凸部７０２のＮ極性面と接する部位７０３が第２の窒化物半導体層の一例であり、凸部７０２のＧａ極性面と接する部位７０４が第３の窒化物半導体層の一例である。図１３中の結晶方位は、凸部７０２の結晶方位を示している。
【００８２】
凸部７０２と部位７０３との界面の上方にオーミック電極３０５が形成され、凸部７０２と部位７０４との界面の上方にオーミック電極３０６が形成されている。そして、オーミック電極３０５を共通接続する配線３１８及びオーミック電極３０６を共通接続する配線３１７が形成されている。他の構成は第３の実施形態と同様である。
【００８３】
第７の実施形態によっても第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８４】
なお、第４〜第７の実施形態において、凸部２０２、３０２、６０２又は７０２の上面がａ面であってもよく、ｍ面及びａ面以外の非極性面であってもよい。このような凸部２０２、３０２、６０２又は７０２は、第２又は第３の実施形態の変形例と同様に、上面がａ面のＧａＮ基板等を用いて形成することができる。
【００８５】
第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層、及び第３の窒化物半導体層の組成は特に限定されない。例えば、第１の窒化物半導体層がＩｎｘＧａ１−ｘＮ層（０≦ｘ≦１）であり、第２、第３の窒化物半導体層がＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＮ層、又はＩｎＡｌＧａＮ層であることが好ましい。このように第１の窒化物半導体層の格子定数が第２、第３の窒化物半導体層の格子定数より大きい場合、負極は第１の窒化物半導体層のＧａ極性面側の界面の上方に形成し、正極は第１の窒化物半導体層のＮ極性面側の界面の上方に形成する。例えば、第１の窒化物半導体層がＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＮ層、又はＩｎＡｌＧａＮ層であり、第２、第３の窒化物半導体層がＩｎｘＧａ１−ｘＮ層（０≦ｘ≦１）であることも好ましい。このように第１の窒化物半導体層の格子定数が第２、第３の窒化物半導体層の格子定数より小さい場合、正極は第１の窒化物半導体層のＧａ極性面側の界面の上方に形成し、負極は第１の窒化物半導体層のＮ極性面側の界面の上方に形成する。一つの層から形成することができるため第２窒化物半導体層の組成と第３の窒化物半導体層の組成とが一致することが好ましいが、これらが相違していてもよい。
【００８６】
（第８の実施形態）
次に、第８の実施形態について説明する。第８の実施形態は、圧電素子を備えた発電装置に関する。図１４は、第８の実施形態に係る発電装置の構成を示す図である。
【００８７】
第８の実施形態に係る発電装置には、図１４に示すように、圧電素子１１に、ダイオードブリッジ１２を介してキャパシタ１３が接続されている。本実施形態では、圧電素子１１に、第１〜第７の実施形態が用いられている。この発電装置では、圧電素子１１にて発生した電荷がダイオードブリッジ１２を介してキャパシタ１３に移動し、キャパシタ１３に蓄電される。
【００８８】
（第９の実施形態）
次に、第９の実施形態について説明する。第９の実施形態は、圧電素子を備えた振動センサに関する。図１５は、第９の実施形態に係る振動センサの構成を示す図であり、図１６は、振動センサから出力される電圧の変化を示す図であり、図１７は、出力電圧の解析結果を示す図である。
【００８９】
第９の実施形態に係る振動センサには、図１５に示すように、圧電素子１１が含まれている。圧電素子１１に、第１〜第７の実施形態が用いられている。そして、振動に応じて電荷が排出され、電圧が発生する。例えば、図１６に示すように変動する電圧が発生する。この電圧の変動を解析することにより、図１７に示すような振動の周波数を得ることができる。
【００９０】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
これらの化合物半導体装置等によれば、可撓部の上方の第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層及び第３の窒化物半導体層との相互作用により、印加された圧力に対する高い発電効率を得ることができる。
【図１】
2015019439.tif 000004
【図２】
2015019439.tif 000005
【図３】
2015019439.tif 000006
【図４】
2015019439.tif 000007
【図５】
2015019439.tif 000008
【図６Ａ】
2015019439.tif 000009
【図６Ｂ】
2015019439.tif 000010
【図６Ｃ】
2015019439.tif 000011
【図６Ｄ】
2015019439.tif 000012
【図６Ｅ】
2015019439.tif 000013
【図６Ｆ】
2015019439.tif 000014
【図６Ｇ】
2015019439.tif 000015
【図６Ｈ】
2015019439.tif 000016
【図６Ｉ】
2015019439.tif 000017
【図６Ｊ】
2015019439.tif 000018
【図６Ｋ】
2015019439.tif 000019
【図６Ｌ】
2015019439.tif 000020
【図６Ｍ】
2015019439.tif 000021
【図６Ｎ】
2015019439.tif 000022
【図６Ｏ】
2015019439.tif 000023
【図７】
2015019439.tif 000024
【図８】
2015019439.tif 000025
【図９Ａ】
2015019439.tif 000026
【図９Ｂ】
2015019439.tif 000027
【図９Ｃ】
2015019439.tif 000028
【図９Ｄ】
2015019439.tif 000029
【図９Ｅ】
2015019439.tif 000030
【図９Ｆ】
2015019439.tif 000031
【図９Ｇ】
2015019439.tif 000032
【図９Ｈ】
2015019439.tif 000033
【図９Ｉ】
2015019439.tif 000034
【図９Ｊ】
2015019439.tif 000035
【図９Ｋ】
2015019439.tif 000036
【図９Ｌ】
2015019439.tif 000037
【図９Ｍ】
2015019439.tif 000038
【図９Ｎ】
2015019439.tif 000039
【図９Ｏ】
2015019439.tif 000040
【図１０】
2015019439.tif 000041
【図１１】
2015019439.tif 000042
【図１２】
2015019439.tif 000043
【図１３】
2015019439.tif 000044
【図１４】
2015019439.tif 000045
【図１５】
2015019439.tif 000046
【図１６】
2015019439.tif 000047
【図１７】
2015019439.tif 000048
【手続補正書】
【提出日】平成28年2月9日(2016.2.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓部と、
前記可撓部の表面の上方に形成され、前記表面と交わる第１の極性面及び第２の極性面を備えた第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層と格子定数が相違し、前記第１の極性面で前記第１の窒化物半導体層と接する第２の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層と格子定数が相違し、前記第２の極性面で前記第１の窒化物半導体層と接する第３の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との界面の上方に形成された第１のオーミック電極と、
前記第１の窒化物半導体層と前記第３の窒化物半導体層との界面の上方に形成された第２のオーミック電極と、
を有することを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項２】
前記第１の窒化物半導体層がＩｎxＧａ1-xＮ層（０≦ｘ≦１）であり、
前記第２の窒化物半導体層及び前記第３の窒化物半導体層がＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＮ層、又はＩｎＡｌＧａＮ層であ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の窒化物半導体層がＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＮ層、又はＩｎＡｌＧａＮ層であり、
前記第２の窒化物半導体層及び前記第３の窒化物半導体層がＩｎxＧａ1-xＮ層（０≦ｘ≦１）であ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１の窒化物半導体層の上面が非極性面であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。
【請求項５】
前記可撓部の表面の上方に、前記第１の窒化物半導体層、前記第２の窒化物半導体層、前記第３の窒化物半導体層、第１のオーミック電極、及び前記第２のオーミック電極の組み合わせが複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の化合物半導体装置を有することを特徴とする発電装置。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の化合物半導体装置を有することを特徴とする圧電センサ。
【請求項８】
可撓部の表面の上方に、前記表面と交わる第１の極性面及び第２の極性面を備えた第１の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１の窒化物半導体層と格子定数が相違し、前記第１の極性面で前記第１の窒化物半導体層と接する第２の窒化物半導体層、及び前記第１の窒化物半導体層と格子定数が相違し、前記第２の極性面で前記第１の窒化物半導体層と接する第３の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との界面の上方に第１のオーミック電極を形成する工程と、
前記第１の窒化物半導体層と前記第３の窒化物半導体層との界面の上方に第２のオーミック電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１の窒化物半導体層がＩｎxＧａ1-xＮ層（０≦ｘ≦１）であり、
前記第２の窒化物半導体層及び前記第３の窒化物半導体層がＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＮ層、又はＩｎＡｌＧａＮ層であることを特徴とする請求項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１の窒化物半導体層がＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＮ層、又はＩｎＡｌＧａＮ層であり、
前記第２の窒化物半導体層及び前記第３の窒化物半導体層がＩｎxＧａ1-xＮ層（０≦ｘ≦１）であることを特徴とする請求項８に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の窒化物半導体層を形成する工程は、上面が非極性面である化合物半導体基板に、前記第１の極性面及び前記第２の極性面を露出するトレンチを形成する工程を有することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第１の窒化物半導体層を形成する工程は、
基板の上方に、上面が非極性面である第１の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１の窒化物半導体層に、前記第１の極性面及び前記第２の極性面を露出するトレンチを形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
化合物半導体装置の製造方法の一態様では、可撓部の表面の上方に、前記表面と交わる第１の極性面及び第２の極性面を備えた第１の窒化物半導体層を形成し、前記第１の窒化物半導体層と格子定数が相違し、前記第１の極性面で前記第１の窒化物半導体層と接する第２の窒化物半導体層、及び前記第１の窒化物半導体層と格子定数が相違し、前記第２の極性面で前記第１の窒化物半導体層と接する第３の窒化物半導体層を形成する。前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との界面の上方に第１のオーミック電極を形成し、前記第１の窒化物半導体層と前記第３の窒化物半導体層との界面の上方に第２のオーミック電極を形成する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
図１に示すように、第１の実施形態に係る化合物半導体装置では、可撓部１０１の表面の上方に窒化物半導体層１０２が形成されている。窒化物半導体層１０２は、可撓部１０１のこの表面と交わる第１の極性面及び第２の極性面を備えており、この化合物半導体装置には、窒化物半導体層１０２と格子定数が相違し、窒化物半導体層１０２の第１の極性面と接する窒化物半導体層１０３、及び、窒化物半導体層１０２と格子定数が相違し、窒化物半導体層の１０２第２の極性面と接する窒化物半導体層１０４が設けられている。第１の極性面及び第２の極性面は互いに逆極性の面である。このため、窒化物半導体層１０２と窒化物半導体層１０３との界面の窒化物半導体層１０２側又は窒化物半導体層１０３側に第１導電型の分極により発生する電荷が、ここでは窒化物半導体層１０２側に負の電荷が存在し、窒化物半導体層１０２と窒化物半導体層１０４との界面の窒化物半導体層１０２側又は窒化物半導体層１０４側に第２導電型の分極により発生する電荷が、ここでは窒化物半導体層１０２側に正の電荷が存在する。窒化物半導体層１０２と窒化物半導体層１０３との界面の上方にオーミック電極１０５が形成され、窒化物半導体層１０２と窒化物半導体層１０４との界面の上方にオーミック電極１０６が形成されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
基板３００として、上面がｒ面のサファイア基板、上面のミラー指数が（０１０）のＬｉＧａＯ2基板、上面がａ面のＳｉＣ基板を用いても、上面がａ面の凸部３０２を得ることができる。これら基板は、例えば、「Kurodaら, J. Appl. Phys. 102 (2007) 093703」、「Schuberら, AIP Conf. Proc. 1399 (2011) 191」、「Cravenら, Appl. Phys. Lett. 84 (2004) 1281」に記載されている。基板３００として、上面がａ面のＡｌＮ基板又はＺｎＯ基板を用いても、上面がａ面の凸部３０２を得ることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記１）
可撓部と、
前記可撓部の表面の上方に形成され、前記表面と交わる第１の極性面及び第２の極性面を備えた第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層と格子定数が相違し、前記第１の極性面で前記第１の窒化物半導体層と接する第２の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層と格子定数が相違し、前記第２の極性面で前記第１の窒化物半導体層と接する第３の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との界面の上方に形成された第１のオーミック電極と、
前記第１の窒化物半導体層と前記第３の窒化物半導体層との界面の上方に形成された第２のオーミック電極と、
を有することを特徴とする化合物半導体装置。
（付記２）
前記第１の窒化物半導体層がＩｎxＧａ1-xＮ層（０≦ｘ≦１）であり、
前記第２の窒化物半導体層及び前記第３の窒化物半導体層がＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＮ層、又はＩｎＡｌＧａＮ層であることを特徴とする付記１に記載の化合物半導体装置。
（付記３）
前記第１の窒化物半導体層がＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＮ層、又はＩｎＡｌＧａＮ層であり、
前記第２の窒化物半導体層及び前記第３の窒化物半導体層がＩｎxＧａ1-xＮ層（０≦ｘ≦１）であることを特徴とする付記１に記載の化合物半導体装置。
（付記４）
前記第１の窒化物半導体層の上面が非極性面であることを特徴とする付記１に記載の化合物半導体装置。
（付記５）
前記可撓部の表面の上方に、前記第１の窒化物半導体層、前記第２の窒化物半導体層、前記第３の窒化物半導体層、第１のオーミック電極、及び前記第２のオーミック電極の組み合わせが複数設けられていることを特徴とする付記１に記載の化合物半導体装置。
（付記６）
複数の前記第１のオーミック電極が共通接続され、複数の前記第２のオーミック電極が共通接続され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。
（付記７）
付記１に記載の化合物半導体装置を有することを特徴とする発電装置。
（付記８）
付記１に記載の化合物半導体装置を有することを特徴とする圧電センサ。
（付記９）
可撓部の表面の上方に、前記表面と交わる第１の極性面及び第２の極性面を備えた第１の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１の窒化物半導体層と格子定数が相違し、前記第１の極性面で前記第１の窒化物半導体層と接する第２の窒化物半導体層、及び前記第１の窒化物半導体層と格子定数が相違し、前記第２の極性面で前記第１の窒化物半導体層と接する第３の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との界面の上方に第１のオーミック電極を形成する工程と、
前記第１の窒化物半導体層と前記第３の窒化物半導体層との界面の上方に第２のオーミック電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
（付記１０）
前記第１の窒化物半導体層がＩｎxＧａ1-xＮ層（０≦ｘ≦１）であり、
前記第２の窒化物半導体層及び前記第３の窒化物半導体層がＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＮ層、又はＩｎＡｌＧａＮ層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。
（付記１１）
前記第１の窒化物半導体層がＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＮ層、又はＩｎＡｌＧａＮ層であり、
前記第２の窒化物半導体層及び前記第３の窒化物半導体層がＩｎxＧａ1-xＮ層（０≦ｘ≦１）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。
（付記１２）
前記第１の窒化物半導体層を形成する工程は、上面が非極性面である化合物半導体基板に、前記第１の極性面及び前記第２の極性面を露出するトレンチを形成する工程を有す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。
（付記１３）
前記化合物半導体基板がＧａＮ基板であ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。
（付記１４）
前記第１の窒化物半導体層を形成する工程は、
基板の上方に、上面が非極性面である第１の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１の窒化物半導体層に、前記第１の極性面及び前記第２の極性面を露出するトレンチを形成する工程と、
を有す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。
（付記１５）
前記基板が、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ＡｌＮ基板、ＬｉＡｌＯ2基板、ＬｉＧａＯ2基板、ＺｎＯ基板、パターン加工されたＳｉ基板、及びパターン加工されたサファイア基板からなる群から選択された一つであることを特徴とする付記１４に記載の化合物半導体装置の製造方法。
（付記１６）
前記可撓部の表面の上方に、前記第１の窒化物半導体層、前記第２の窒化物半導体層、前記第３の窒化物半導体層、第１のオーミック電極、及び前記第２のオーミック電極の組み合わせを複数形成す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。
（付記１７）
複数の前記第１のオーミック電極を共通接続し、複数の前記第２のオーミック電極を共通接続することを特徴とする付記１６に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【国際調査報告】
2015019439.tif 000049
2015019439.tif 000050