インジウム・リン(InP)系トランジスタ

　ミリ波帯域(30～300 GHz)からサブミリ波帯域(300 GHz～3 THz)の実現に向けて、トランジスタのひとつであるインジウム・リン(InP)系高電子移動度トランジスタ(HEMT: High Electron Mobility Transistor)の研究を進めています。ミリ波・サブミリ波帯域動作には超高速・高周波特性を有するトランジスタの開発は必須であり、InP系HEMTはもっとも有効なトランジスタとして注目されています。

　
　HEMTの高速特性を向上させるためには、電子の走行距離(ゲート長)を短縮することと電子の走行速度を増加させる必要があります。InP系HEMTは従来のガリウム・ヒ素(GaAs)系HEMTに比べて、電子移動度、電子飽和速度および電子濃度が高いなどの特徴があり、更なる高速化が期待できます。超高速・高周波特性を有するInP系HEMTの開発には、(1) ゲート長の短縮化、(2) 材料・結晶構造の最適化、(3) デバイス構造の最適化が必要です。

　100 nm以下の微細ゲート電極の作製には通常の紫外線露光技術では不可能で、電子線(EB: Electron Beam)露光技術を駆使し、ゲート長(Lg) 25 nmの微細T型ゲートの作製に成功しています。

　InP系HEMTは、InP基板上に分子線結晶成長(MBE)法または有機金属気相成(MOCVD)法によってインジウム・ガリウム・ヒ素(InGaAs)とインジウム・アルミニウム・ヒ素(InAlAs)による超格子構造を有しています。InP基板上にInGaAsおよびInAlAsを成長するには、それぞれの格子定数をInPの格子定数に揃える必要があり、通常Inモル組成は52～53%です。しかし更なる高速化のために、Inモル組成70%のInGaAsを電子走行(チャネル)層に用いた歪みチャネル構造を採用しています。

　HEMTなどのトランジスタは通常ソース電極、ドレイン電極およびゲート電極を有する3端子素子です。　トランジスタ特性の向上にはゲート長の短縮化だけでなく、複合キャップ層(Multi-layer cap)の導入(図2参照)によるソース抵抗およびドレイン抵抗の低抵抗化も重要です。

これらの結果、ゲート長30 nmで電流利得の限界周波数(fT: 遮断周波数) 547 GHz、最大発振周波数(fmax) 400 GHzを達成しています。

　また2003年3月にはNICT(当時CRL)と富士通研究所および大阪大学との共同研究により、ゲート長25 nmのInP系HEMTにおいてfT = 562 GHzの世界最高速HEMTの開発に成功しています。