ニュースレター202508

　2025年8月に調査した最新論文の中で個人的に興味深かった論文を以下に紹介する。

• Evaluation of Stacked Structure for 160 GHz End-Fire Type Compact Antenna-in-Package Considering Thermal Design

Ryosuke Hasaba, Akihiro Egami, Yohei Morishita, Tomoki Abe, Ken Takahashi, Tomohiro Murata, Masatoshi Suzuki, Yoichi Nakagawa, Yudai Yamazaki, Sunghwan Park, Takaya Uchino, Chenxin Liu, Jun Sakamaki, Takashi Tomura, Hiroyuki Sakai, Makoto Tsukahara, Kenichi Okada, Koji Takinami

Panasonic Industry Co., Ltd., Japan

Panasonic System Networks R&D Lab. Co., Ltd., Japan

Institute of Science Tokyo, Japan

Shinko Electric Industries Co., Ltd., Japan

2025 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium - IMS 2025, San Francisco, CA, USA, 2025, pp. 663-666

DOI：https://doi.org/10.1109/IMS40360.2025.11103916

要旨：

　ビーム走査のために複数のアンテナ・イン・パッケージ（AiP）を積層すると、熱発生が増加し、パワーアンプ出力などのRF特性が劣化する可能性があります。この論文では、優れた熱管理と低損失性能を持つエンドファイアアンテナを特徴とするAiPの3次元積層構造を提案しています。熱等価回路を用いて熱放散経路のモデル化を行い、160 GHz帯で動作するAiPのプロトタイプを製作しました。2層積層構成での熱評価と受信電力評価を実施し、提案構造が受信電力で6 dBの増加と、2次元ビーム走査能力を持つことを示しました。

従来研究との新規性：

　本研究は、複数のアンテナ・イン・パッケージ（AiP）を積層して2次元ビーム走査を実現する際に生じる熱管理の課題に、エンドファイアアンテナを特徴とする3次元積層構造を提案し、解決を試みた点で新規性があります。従来のAiPがRFICをパッケージの裏面に配置する熱放散経路が限定的な構造であったのに対し、本提案はRFICの上下に熱放散経路を確保し、低損失かつ効率的な熱管理を両立させました。熱等価回路による設計と実測値の一致は、この構造が実用的な解決策であることを示しており、サブテラヘルツ帯における高密度集積システムの実現に大きく貢献するものです。

• Direct Die-to-Die Bridging for Heterogeneous mm-Wave Circuits Enabled by Fused-Silica Stitch-Chip Technology

Zhonghao Zhang, Paul K. Jo, Shane Oh, and Muhannad S. Bakir

School of Electrical and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology, USA

Georgia Tech Research Institute, USA

IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, vol. 15, no. 8, pp. 1652-1660, Aug. 2025

DOI：https://doi.org/10.1109/TCPMT.2025.3587609

要旨：

　本研究は、フューズドシリカ・ステッチチップ技術を利用した新しい直接ダイ間（D2D）相互接続アプローチを提示しています。このアプローチは、ダイの埋め込みを必要とせずに、商用オフザシェルフ（COTS）チップレットを統合します。RF特性評価により、ステッチチップ相互接続は、ワイヤーボンドや他の相互接続技術と比較して、挿入損失（IL）を効果的に最小限に抑え、インピーダンス整合を改善し、RF信号の完全性を高めることが実証されました。統合されたLNA-スイッチモジュールは、最大38 GHzで20 dBの線形ゲインを達成しました。

従来研究との新規性：

　本研究は、ダイの埋め込みを必要とせず、フューズドシリカ・ステッチチップ技術を用いて、ワイヤーボンドや他の相互接続技術よりも優れた直接ダイ間（D2D）ブリッジングを実証した点で新規性があります。このアプローチは、ワイヤーボンドや中間インターポーザを排除することで、挿入損失を大幅に改善し、インピーダンス整合を維持し、相互接続フットプリントを削減します。これにより、従来のパッケージング手法と比較してRF性能の劣化を最小限に抑え、高周波数で裸ダイの元の性能を維持することが示されました。これは、次世代無線通信システム向けの高性能ヘテロジニアスRF統合にとって有望な候補となります。

• Vertical GaN Junction Barrier Schottky Diodes Fabricated by Using Channeled Implantation of Mg Ions and Ultrahigh-Pressure Annealing

Kazuki Kitagawa, Maciej Matys, Tsutomu Uesugi, Masahiro Horita, Tetsu Kachi, and Jun Suda

Department of Electronics, Nagoya University, Japan

Fujitsu Ltd., Japan

Institute of Materials and Systems for Sustainability (IMaSS), Nagoya University, Japan

IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 72, no. 8, pp. 4036-4041, Aug. 2025

DOI：https://doi.org/10.1109/TED.2025.3579442

要旨：

　本研究では、Mgイオンのチャネリング注入とそれに続く超高圧アニール（UHPA）を用いて、垂直GaNジャンクションバリアショットキー（JBS）ダイオードの作製を報告しています。技術コンピュータ支援設計（TCAD）シミュレーションにより、チャネリング注入が表面での電界をより効率的に抑制し、ショットキー界面での熱電子放出（TFE）によるリーク電流を低減することが確認されました。その結果、チャネリング注入JBSダイオードは、n-GaNチャネル領域の幅に応じて、低いリーク電流と高いブレークダウン電圧（BV）を示しました。

従来研究との新規性：

　本研究は、Mgイオンのチャネリング注入と超高圧アニール（UHPA）を組み合わせて垂直GaN JBSダイオードを作製した初の事例です。これにより、従来のランダム注入と比較して、より深く勾配のあるMgプロファイルを形成し、ショットキー界面での電界を効率的に抑制できることをTCADシミュレーションで初めて示しました。この新しい注入方法により、より低いリーク電流と高いブレークダウン電圧を両立させることが可能となり、JBSダイオード設計における重要なブレークスルーを提供します。

• Ga2O3 Vertical SBD With Suspended Field Plate-Assisted Shallow Mesa Termination for Multikilovolt and Ampere-Class Applications

Xueli Han, Xiaorui Xu, Zhengbo Wang, Hanchao Yang, Desen Chen, Yicong Deng, Duanyang Chen, Haizhong Zhang, and Hongji Qi

Key Laboratory of Materials for High Power Laser, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, China

Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, China

College of Physics and Information Engineering, Fuzhou University, China

Hangzhou Institute of Optics and Fine Mechanics, China

IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 72, no. 8, pp. 4307-4312, Aug. 2025

DOI：https://doi.org/10.1109/TED.2025.3584011

要旨：

　本研究では、吊り下げ型フィールドプレート（SFPM）支援浅いメサ終端を備えた垂直ガリウム酸化物（Ga2O3）ショットキーバリアダイオード（SBD）を提案し、作製しました。SFPMは、ICPエッチングプロセスでCl2を使用することで、浅いメサSBDと比較して電界（E_Field）分布を最適化します。これにより、3.5 kVを超える高いブレークダウン電圧（BV）と5.77 mΩ・cm2の低いオン抵抗を達成し、2.12 GW/cm2を超えるパワー性能指数（PFOM）を実現しました。また、3x3 mm2の大型デバイスも作製し、1.5 kVを超えるBVと2 Vで12 Aの高い順方向電流を達成しました。

従来研究との新規性：

　本研究は、吊り下げ型フィールドプレート（SFPM）と浅いメサ終端を組み合わせた新しい垂直Ga2O3ショットキーバリアダイオード（SBD）を提案し、作製した点で新規性があります。特に、ICPエッチングプロセス中にCl2を導入することで、メサとSFPMを同時に形成し、従来の自己整合メサ終端の単純さを維持しつつ、電界分布を効果的に最適化しました。このSFPM技術により、3.5 kVを超えるBVと高いPFOM（> 2.12 GW/cm2）を達成し、数キロボルトおよびアンペアクラスのアプリケーション向けに、優れた性能と簡素化された製造プロセスを両立させる有望なソリューションを提示しました。

• 2DHG in AlGaN Back-Barrier for Substrate Loss Suppression and RF Performance Enhancement in GaN-on-Si HEMTs

Yeke Liu, Po-Yen Huang, Chun Chuang, Sih-Han Li, Haoran Wang, Tsung-Lin Lee, Sing-Kai Kyle Huang, Shawn S. H. Hsu, and Roy K.-Y. Wong

Institute of Electronics Engineering, National Tsing Hua University, Taiwan

College of Semiconductor Research, National Tsing Hua University, Taiwan

Industrial Technology Research Institute, Taiwan

IEEE Electron Device Letters, vol. 46, no. 8, pp. 1313-1316, Aug. 2025

DOI：https://doi.org/10.1109/LED.2025.3579103

要旨：

　本研究は、GaN-on-Si高電子移動度トランジスタ（HEMT）における基板損失の課題に取り組み、GaN/AlGaNバックバリア（BB）界面に形成される2次元ホールガス（2DHG）がRF基板損失を抑制する重要な役割を果たすことを初めて実証しました。提案された2DHG遮蔽モデルはTCADシミュレーションで検証されています。AlGaN BBを持つデバイスは、BBを持たないデバイスと比較して、基板寄生容量を大幅に削減し、fTとfmaxをそれぞれ7 GHzと15 GHz向上させました。また、RF性能の向上も確認されています。

従来研究との新規性：

　本研究の新規性は、GaN-on-Si HEMTのAlGaNバックバリア（BB）界面に2次元ホールガス（2DHG）が形成されることを実験的に初めて検証し、この2DHGがRF基板損失を抑制し、高周波性能を向上させる主要なメカニズムであることを初めて実証した点にあります。これまでの研究では、BB構造が性能向上に寄与することは知られていましたが、その根本的なメカニズムは不明でした。本研究では、独自のフロントバイアス法とTCADシミュレーションを用いて、2DHGが内部電界を生成し、寄生容量を低減することで性能を向上させるメカニズムを解明しました。

※なお、翻訳・要約にはGeminiアプリを活用した。