【発表のポイント】

• 社会的弱者を含めたあらゆる人々が快適に暮らすことができる超スマート社会にとって、GaNを用いた高速トランジスタ（GaN-HEMT^※1）はキーデバイスの一つであり、日本が世界を先導している数少ないエレクトロニクス分野の一つです。
• 今回の研究は、GaN-HEMTの出力低下をもたらす表面電子捕獲のナノスケールの定量分析および、その抑制機構の解明にはじめて成功したものです。
• 得られた成果は、GaN-HEMTの更なる高出力化・高速化につながるものであり、当該分野における日本の優位性を支えるものとなります。

【概要】

東北大学電気通信研究所の吹留博一准教授らのグループは、住友電気工業、東京大学放射光分野融合国際卓越拠点、物質・材料研究機構、高エネルギー加速器研究機構、および東京理科大学と共同で、デバイス表面電子状態の定量的な微視的分析を可能にするオペランド顕微X線分光^※2を用いて、超スマート社会の基盤インフラとなる超高速情報通信の中核を担うGaNを用いた無線通信用高速トランジスタ（GaN-HEMT）の産学連携共同研究を行いました。その結果、GaN-HEMTの出力を低下させる表面電子捕獲の定量的なナノスケール分析にはじめて成功し、さらに、その分析結果に基づいて表面保護膜による表面電子捕獲の抑制機構を解明しました。本研究の成果は、GaN-HEMTの更なる高出力化をもたらすものです。

【用語解説】

※1　GaN-HEMT
GaN上にAlGaNを成長させたときに生じる界面のポテンシャルにより二次元的に閉じ込められた電子が、高速に動くことを利用した高速通信用トランジスタです。GaNのバンドギャップが大きいことから、大きな電圧を印加することが出来ることから、高速性だけでなく、高出力性も兼ね備えています。GaN-HEMTの携帯基地局用応用などに関し、住友電気工業は世界トップシェアを誇っています。

※2　オペランド顕微光電子分光法
オペランド顕微光電子分光とは、光電子分光法に高い顕微機能（分解能：70 nm）を持たせ、デバイス動作下で行う分光法のことです。これにより、従来、膜の状態でした測定出来なかった電子状態が、実際に動作している状態で機能部位毎に調べることが可能となりました。このような特徴を持つオペランド顕微光電子分光は、基礎科学的だけでなく、産業界からも注目されています。なお、本研究で用いたオペランド顕微光電子分光装置は、東京大学がSPring-8に建設した世界最先端の軟X線分光用ビームラインBL07LSUに設置されているものです。このオペランド顕微光電子分光を用いた研究は、GaN-HEMT、グラフェン・トランジスタ、SiCパワーデバイス、さらには電極用材料までにわたる幅広い研究分野まで展開しています。

図　オペランド顕微光電子分光によるGaN-HEMTの表面電子捕獲の機構解明

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

東北大学電気通信研究所
担当：吹留博一　准教授
電話番号/FAX：022-217-5484
E-mail:fukidome*riec.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）