まえがき2000年代に入り、化合物半導体の一つであるインジウム・ガリウム砒ひ素そ（InGaAs）を電子走行層（チャネル層）とする高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobility Transistor: HEMT）の電流利得遮断周波数（fT）は400 GHzを超え、2002年には富士通研究所、通信総合研究所（現情報通信研究機構）及び大阪大学の共同研究においてゲート電極の長さ（ゲート長：Lg）が25nm（ナノメートル、1 nmは10億分の1 m）のInGaAs系HEMTにおいて世界最高（当時）であるfT = 562GHzが報告されている[1]–[4]。これはLgの短縮やInGaAsチャネル層のIn組成や膜厚の最適化などによるもので、現在は1 THzを超える最大発振周波数（fmax）や700 GHzを超えるfTが報告されている[5]–[7]。一方、窒化ガリウム（GaN）系HEMTも2000年代後半から特性が向上し、200 GHzを超えるfmaxが報告された[8]。これらの報告は、InGaAsやGaNなどのIII-V族化合物半導体電子デバイスが、ミリ波・テラヘルツ波帯（30 GHz～3 THz）の周波数を用いた超高速・大容量無線通信、1未利用周波数帯であるミリ波・テラヘルツ波帯（30 GHz〜3 THz）の開拓や無線通信利用には、高速・高周波特性に優れた化合物半導体トランジスタやシリコン（Si）CMOSなどの電子デバイスが重要である。化合物半導体電子デバイスの一つである窒化ガリウム（GaN）系トランジスタ及び増幅器などは100 GHzを超える周波数で動作可能であるため、高出力・高耐圧用途だけでなく、第5世代（5G）及び次世代移動体通信システムにおける無線通信を実現するキーデバイスとして期待されている。本稿では、サファイア、炭化シリコン（SiC）及びGaN基板上に作製した100 nm以下のゲート長（Lg）を有するGaN系高電子移動度トランジスタ（HEMT）の作製プロセスやデバイス特性を紹介するとともに、作製した電子デバイスなどの性能・特性評価技術、特に高周波計測技術について概説する。Electron devices such as compound semiconductor transistors and Si-CMOS are key devices for millimeter- and terahertz-wave frequency band (30 GHz-3 THz) wireless communications in 5th generation (5G) and next-generation mobile communications systems. GaN-based transistors and amplifiers, which are one of the compound semiconductor electron devices, have been needed and expected for high-power and high-voltage applications because these devices can operate at a frequency over 100 GHz. This paper describes the fabrication procedure and device performance of nanoscale-gate GaN-based high electron mobility transistors (HEMTs) fabricated on sapphire, SiC, and GaN substrates. Moreover, the high-frequency measurement technologies to evaluate the electron device performances will be outlined.3 超高周波ICT基盤技術 —素子から回路まで—3Terahertz Wave Electronics ICT Basic Research— Device and Integration —3-1 ミリ波・テラヘルツ波帯無線通信を実現する化合物半導体電子デバイス技術と高周波計測技術3-1Compound Semiconductor Electron Devices and High-Frequency Measurement Technologies for Realization of Millimeter- and Terahertz-Wave Wireless Communications渡邊一世 山下良美 原 紳介 町田龍人 笠松章史WATANABE Issei, YAMASHITA Yoshimi, HARA Shinsuke, MACHIDA Ryuto, and KASAMATSU Akifumi453 超高周波ICT基盤技術 —素子から回路まで—
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