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窒素極性窒化物半導体を用いた、ミリ波等の高周波・高出力応用を目指した高電子移動度トランジスタ（HEMT）の研究を行った。一般的に用いられるガリウム極性窒化物半導体と比較すると、分極電荷の符号が反転するため、HEMT構造も上下逆になった逆HEMT構造となり、半導体層の最表面に電子が走行するチャネル層が配置される。このため、ゲート・チャネル間距離を小さくできたり、オーミック電極の接触抵抗を抑えられる効果が期待される。更に、チャネル層の下に配置されるバックバリア層がキャリア電子の基板方向への広がりを抑えるため、ゲート長を短縮してもゲート電圧による電流制御を高く保つことが出来るため、現在のガリウム極性HEMTより高い高周波特性を発揮するトランジスタが実現することが期待される。本研究では、有機金属気相成長法によって窒素極性逆HEMT構造の結晶を成長し、HEMTを作製してその電気特性を評価するに至った。GaNチャネル層よりも理論的には高い電子移動度が期待されるInGaNをチャネルとした逆HEMT構造では、GaNチャネル逆HEMTを超える電子移動度には至らず、電気特性はGaNチャネル逆HEMT構造について実施した。既報告の窒素極性逆HEMTに比べて、ステップバンチングが少なく、より平坦性に優れた結晶成長を実現した。その結果、既報告例では電流経路がステップバンチングを横切ることによって見られたHEMT特性の面方位異方性が、本研究によって得られた窒素極性逆HEMTではほとんど見られなかった。また、窒素極性逆HEMTの性能向上には、ゲート絶縁膜およびその半導体界面の品質向上が不可欠である。試作した逆HEMTにおいて、その界面品質向上を目的として逆バイアスアニールを実施し、HEMT特性向上への効果があることを実証した。
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