世界初！新材料窒化アルミニウムを用いた高出力パワーアンプの開発に成功

私たちの生活は電波を利用した様々な電子機器に支えられています。例えば遠方の物体を検知するレーダーは電波を利用しており、社会の安心・安全を担保する安全保障分野のほか、気象分野など広く活用されています。さらに、私たちがより直接的に電波を利用しその恩恵を享受しているのがスマートフォンやWi-Fiに代表される無線通信分野であり、現代社会の生活インフラとして欠かせないものとなっています。これらのレーダーや無線通信機器の要となるのが電波送信部であり、そこに半導体を利⽤したパワーアンプが用いられています。レーダー分野では探知できる距離を延ばすこと、また通信分野では通信距離を⻑く確保することが求められるため、更に高出力な電波を発信するパワーアンプの実現が期待されています。

次世代半導体材料として期待されるAlNは半導体材料の中で最大のバンドギャップを誇り、従来の半導体材料であるシリコン（Si）はもとより、高耐圧材料として知られるGaNをも凌駕する絶縁耐圧を有しています。既に論文等では、AlNやAlGaNをHEMTに利用し、トランジスタの破壊耐圧を高くすることで、GaN-HEMTを超える高電圧動作が実証されています。しかし、AlNはGaNと結晶を構成する原子の間隔が異なることから、GaN-HEMTに直接AlNを導入すると、結晶格子サイズの差に起因して結合の断裂(欠陥)や、結晶格子の歪みが生じていました（図１）。

結晶格子の欠陥や歪みは、トランジスタ内部を走行する電子にとっての障害物となり、AlNやAlGaNを利用したHEMTによる大電流動作の課題でした。トランジスタの出力は電流と電圧の掛け合わせで決まることから、これまで動作電圧の増加だけでは、AlNやAlGaNを利用したHEMTの高出力動作を実現できませんでした（図２）。

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