富士通，窒化ガリウムトランジスタの高出力化に成功

富士通と富士通研究所は，気象レーダーなどのパワーアンプ（増幅器）に適用可能な窒化ガリウム高電子移動度トランジスタ（GaN HEMT）において，大電流化と高電圧化を同時に達成する結晶構造を開発し，マイクロ波帯の送信用トランジスタとしては従来比3倍の高出力化に成功した（ニュースリリース）。

GaN HEMTは高周波パワーアンプのトランジスタとして，レーダーや無線通信などの長距離電波用途に広く利用されている。今後は，集中豪雨を観測する気象レーダーや，第5世代移動通信方式（5G）向けミリ波帯無線通信にも利用されると予想されている。

トランジスタの出力を向上するには，大電流かつ高電圧で動作する必要がある。窒化インジウムアルミニウムガリウム（InAlGaN）系HEMTは，トランジスタ内部の電子密度を高めることができ，大電流化に寄与するとして研究が進められている。しかし，電圧をかけた際に，電子供給層の一部に過度に電圧が集中し，トランジスタ内部での結晶破壊を誘発するという問題があった。

今回，開発した高抵抗のAlGaNスペーサ層を挿入すると，これまですべての電子供給層に集中していた電圧が，トランジスタ内部の電圧を電子供給層とAlGaNスペーサ層に分散できる。電圧集中が緩和した結果，電子供給層における結晶破壊が避けられることで，100ボルトまでの動作電圧向上を実現する。これは，このトランジスタの電極距離を1cmにした場合，30万ボルト以上の動作電圧になることを意味するという。

窒化インジウムアルミニウムガリウム（InAlGaN）系HEMTに，今回開発したAlGaNスペーサ層を適用することで，これまで両立が困難であった大電流かつ高電圧動作を実現する。さらに、両社が2017年に開発した単結晶ダイヤモンド基板接合技術を適用し，効率よく放熱することで安定稼働を可能にする。実際に測定したところ，ゲート幅1mmあたり世界最高出力となる19.9ワット（従来比3倍）を達成した。

両社は2020年度に，気象レーダーや5Gなどへの適用に向けた，高出力な高周波GaN HEMTパワーアンプの実用化を目指すとしている。