住友電工、ポスト5Gに向けた「GaN-HEMT」を開発：より高出力、高周波の要求に対応

住友電気工業は、GaN結晶にN極性を、ゲート絶縁膜にハフニウム（Hf）系の高耐熱高誘電材料を用いた「窒化ガリウムトランジスタ（GaN-HEMT）」を開発した。ポスト5G（第5世代移動通信）用通信機器に向ける。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

ゲート絶縁膜にHf系高耐熱高誘電材料を採用

　住友電気工業は2022年10月、GaN結晶にN極性を、ゲート絶縁膜にハフニウム（Hf）系の高耐熱高誘電材料をそれぞれ用いた「窒化ガリウムトランジスタ（GaN-HEMT）」を開発したと発表した。ポスト5G（第5世代移動通信）用通信機器に向ける。

　高周波増幅器などに用いられるGaN-HEMTはこれまで、Ga極性（面方位0001）が一般的に採用されてきたという。ポスト5Gでは、さらなる高出力化や高周波化への対応が求められている。

　そこで注目されているのが、逆HEMT構造を実現できるN極性（面方位000-1）の結晶である。ただ、N極性の結晶は「ヒロック」と呼ばれる異常成長部により凹凸が発生しやすいことや、逆HEMT構造とするためには良質なゲート絶縁膜の開発が必要になるなど、課題もあった。

Ga極性とN極性とのHEMT構造の比較 出所：住友電工

　住友電気工業は今回、長年蓄積してきた結晶成長技術をベースに、ヒロックのないN極性の結晶を実現した。また、ゲート絶縁膜にHf系高耐熱高誘電材料の一種を適用することで、良好な高周波特性を持つN極性結晶のトランジスタの開発に成功したという。

N極性GaN結晶表面の顕微鏡像と表面凹凸にウエハー分布図 出所：住友電工

高誘電材料を用いたN極性結晶のトランジスタにおける高周波特性 出所：住友電工