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性を調査した結果、3 nm厚のIn0.18Al0.82Nバリア層を持つGaN基板上のIn0.18Al0.82N/AlN/GaN HEMTにおいて良好なピンチオフ特性を示す（図7）とともに、MIS型HEMT（Lg = 45 nm）ではfT = 237 GHz、fmax = 235 GHz（Vds = 3.0 V）を得たが、SiCやサファイア基板上のMIS型HEMTもほぼ同等のfT及びfmaxを示した。一方、MES型HEMT（Lg = 45 nm）ではfT = 228 GHz、fmax = 287 GHz（Vds = 3.0 V、Vgs = 0.4 V）を得た（図8）。この値はSiCやサファイア基板上のMES型HEMTと比べて約5％高い値であった。このことから、MIS若しくはMES構造のいずれにおいても基板材料による高周波特性には差がなく、ほぼ同等のfT及びfmaxを得られることが分かった。しかし、ショットキーゲートの順方向リーク電流についてはGaN基板の方が他の基板と比べて1桁小さく、より大きなオン電流（Ion）を得られる可能性を確認した。なお、fTはコンタクト・パッ電極の寄生容量を差し引いた真性fTである。図9（a）はGaN基板上MIS型HEMT（Lg = 45 nm、Wg = 50 µm×2、LSD = 0.75 µm）の周波数70 GHzにおける出力特性（Vds = 2.5 V）である。なお、出力特性（利得、飽和出力、出力電力密度、電力負荷効率PAEなど）はEHF帯オンウェハ・ロー・ソースプル評価測定システム（図10）を用いて測定した。この結果、約15dBm（32mW、ゲート幅1 mmあたり0.32W）を超える出力電力Poutを得るとともに、InGaAs系HEMT[26]（Lg = 50 nm、Wg = 50 µm×2、LSD = 1.8µm、図9（b））に比べ、高いP1dB（10.8dBm)を示した。以上のような性能により、GaN-HEMTを含むGaN系デバイスは携帯電話基地局用高出力増幅器やIGBTインバータなどのDC・マイクロ波帯向けの製品、ミリ波・テラヘルツ波帯デバイスや集積回路、さらには5Gや5G以降の次世代移動体通信システム（Beyond 5Gなど）でのマイクロ波～ミリ波～テラヘルツ波帯で動作する高出力増幅器（Power Amplifier: PA）などに期待されている。また、5GなどでMIMO（Multiple-Input and Multi-ple-Output）無線通信やアクティブ電子走査アレイ（AESA）アンテナなどの技術が採用されると、より多くのPAが送信機に必要となる[27]。この場合、高価なSiCやGaNを基板として作製されたGaN-HEMTでは、チップコストの増加を伴う可能性がある。このため、SiC基板やGaN基板と比較して安価で大口径化が容易なSi基板上のGaN系HEMTも有効な選択肢である。このため、前述と同様のInAlN/AlN/GaN HEMTを高抵抗Si（111）基板上に作製した結果、Lg = 90 nm、Wg = 50 µm×2、LSD = 1 µmのMIS型HEMTでfT = 100 GHz、fmax = 245 GHz（Vds = 10 V、Vgs = −1.38 V）を達成し、得られたfmax値からは周波数80 GHzで（a）（b）図7　GaN基板上MES型GaN-HEMT（Lg = 45 nm）のDC特性　（a）Ids-Vds特性、（b）gm特性図8　GaN基板上MES型GaN-HEMT（Lg = 45 nm）の高周波特性50　　　情報通信研究機構研究報告 Vol.66 No.2 （2020）3　超高周波ICT基盤技術　　—素子から回路まで—