ニュースレター202510

　2025年10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。

A multi-fin normally-off β-Ga2O3 vertical transistor with a breakdown voltage exceeding 10 kV

Daiki Wakimoto, Chia-Hung Lin, Kentaro Ema, Yuki Ueda, Hironobu Miyamoto, Kohei Sasaki, and Akito Kuramata

Novel Crystal Technology, Inc., Sayama-shi, Saitama, Japan

Applied Physics Express 18, 106502 (2025)

DOI：https://doi.org/10.35848/1882-0786/ae0d2a

要旨：

　本研究では、10 kVを超える降伏電圧（BV）を持つマルチフィン・ノーマリーオフβ-Ga2O3垂直トランジスタを実証しました。この垂直トランジスタは、BVを向上させるために、低ドナー濃度（Nd−Na ≈ 1.8×10^15 cm-3）の厚い85 µmエピタキシャル層を、（011）β-Ga2O3基板上にHVPE成長させて作製されました。BVが10 kVを超えるのは、β-Ga2O3垂直トランジスタとして報告されている中で最高値であり、β-Ga2O3垂直パワーデバイスの大きな可能性を示しています。

従来研究との新規性：

　本研究の最も重要な新規性は、β-Ga2O3垂直トランジスタにおいて初めて10 kVを超える降伏電圧を達成し、このクラスのデバイスで過去最高値を記録した点です。この達成は、以下の技術革新によって可能になりました。

1.（011）面β-Ga2O3基板の使用：HVPE成長時にCl（浅いドナーとして作用）の取り込みを抑制し、低ドナー濃度（1.8×10^15 cm-3）の厚膜（85 µm）エピタキシャル層を実現。

2. マルチフィン構造の採用：高い電流処理能力に適した垂直構造と、プロセス変動に強いフィンレイアウトの組み合わせ。

3. SiO2フィールドプレートと意図的なソース電極後退によるエッジ終端構造の最適化。

120 A/1.78 kV p-Cr2O3/n-β-Ga2O3 Heterojunction PN Diodes With Slanted Mesa Edge Termination

Yitao Feng, Hong Zhou, Junyi Ma, Hao Fang, Xiaorong Zhang, Yanbo Chen, Guotao Tian, Jun Yuan, Ruoshi Peng, Shaodong Xu, Yue Hao, and Jincheng Zhang

Key Laboratory of Wide Band Gap Semiconductor Materials and Devices, School of Microelectronics, Xidian University, China

China Resources Microelectronics Ltd., China

Department of Integrated Power Systems and Device Technology, JFS Laboratory, China

IEEE Electron Device Letters, vol. 46, no. 10, pp. 1705-1708, Oct. 2025

DOI：https://doi.org/10.1109/LED.2025.3598936

要旨：

　本研究は、大面積（9 mm2）のβ-Ga2O3ベースのヘテロ接合PNダイオード（PNDs）を実証しました。マグネトロンスパッタリングで成膜されたp型酸化クロム（p-Cr2O3）層と、電界を管理するために最適化されたスラントメサ・エッジターミネーション（ET）を採用しています。このダイオードは、1.78 kVの高い降伏電圧（BV）、120 Aの順方向電流、69 mΩの超低オン抵抗（Ron）を達成しました。これにより、大面積β-Ga2O3ダイオードとしては過去最高の電力性能指数（PFOM）0.511 GW/cm2を記録しました。

従来研究との新規性：

　本研究の新規性は、β-Ga2O3デバイスに、優れた熱安定性（融点 2435℃）を持つワイドバンドギャップp型酸化クロム（p-Cr2O3）をp型材料として適用し、スラントメサETと組み合わせた点です。p-Cr2O3は、従来のp-NiOxに比べホール注入障壁を低減する（より低い価電子帯オフセット）という利点もあります。この新しいヘテロ接合構造と最適化されたエッジ終端により、大面積β-Ga2O3ダイオードとして過去最高の順方向電流（120 A）とPFOM（511 MW/cm2）を同時に達成し、次世代高電力エレクトロニクスにおけるβ-Ga2O3の可能性を強く示しました。

Electric Field Management and Sidewall Leakage Current Suppression of RESURF-mesa for High-Performance Ga2O3 Power Devices

Jiangbin Wan, Hengyu Wang, Haoyuan Cheng, Ce Wang, Chi Zhang, and Kuang Sheng

College of Electrical Engineering, Zhejiang University, China

IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 72, no. 10, pp. 5721-5726, Oct. 2025

DOI：https://doi.org/10.1109/TED.2025.3594329

要旨：

　本研究は、RESURF（表面電界低減）メサ構造を特徴とする高性能垂直β-Ga2O3整流器を実証しました。このRESURF-メサは、p型酸化ニッケル（NiO）を側壁に被覆し、TCADシミュレーションで表面電界（E-field）の低減を確認しました。その結果、RESURF-メサショットキーバリアダイオード（SBD）は2600 Vの降伏電圧（BV）、ヘテロ接合ダイオード（HJD）は3000 Vを超えるBVを達成しました。いずれも4.1 mΩ・cm2のオン抵抗で、SBDのPFOMは1.6 GW/cm2、HJDは2.2 GW/cm2と、マルチキロボルト級Ga2O3ダイオードとして最高水準の性能を示しました。

従来研究との新規性：

　本研究は、マルチキロボルト級のβ-Ga2O3デバイス向けに、非自己整合深掘りメサエッチングとp型NiO側壁被覆を組み合わせたRESURF-メサ構造を提案・実証した点に新規性があります。これにより、SBDで2600 V、HJDで3000 Vを超えるBVを達成し、2.2 GW/cm2のPFOMという、最高水準の性能を記録しました。さらに、エッチングによる側壁リーク電流の発生源を特定し、酸素アニーリングとHF処理による高温（175℃）でも有効なリーク電流抑制技術を開発したことも重要な成果です。

Heterogeneously Integrated Flexible GaN RF Power Amplifier on SiC/Parylene Substrate

Wenhao Zheng, Qingzhi Wu, Zhen Zhao, Ziyu Zhang, Yan Wang, Bo Xu, Zenghui Wang, and Yuehang Xu

School of Electrical Science and Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, China

Department of RCH System and the State Key Laboratory of Mobile Network and Mobile Multimedia Technology, ZTE Corporation, China

Hubei Key Laboratory of Micro-Nanoelectronic Materials and Devices, Hubei University, China

Institute of Fundamental and Frontier Sciences, University of Electronic Science and Technology of China, China

IEEE Electron Device Letters, vol. 46, no. 10, pp. 1709-1712, Oct. 2025

DOI：https://doi.org/10.1109/LED.2025.3602111

要旨：

　この論文では、フレキシブルなSiC/パリレン異種統合基板を利用した、フレキシブルRF　GaNパワーアンプ（PA）の作製プロセスを提案しています。この基板は、高い熱放散能力と柔軟性を両立しています。作製されたフレキシブルGaN PAは、1.6 GHzで飽和出力電力（Psat）28.3 dBm、対応する電力付加効率（PAE）38.3%という、最高水準の性能を達成しました。曲げ条件下（曲率半径3 cm）でも、Psatの低下は0.1 dB未満であり、フレキシブル無線通信システムへの応用性が示されました。

従来研究との新規性：

　本研究の新規性は、高い熱放散能力と柔軟性を両立する薄化されたSiC/パリレン基板を用いたフレキシブルRF GaN PAの異種統合プロセスを提案し、実証した点です。従来のフレキシブルGaN PAは、基板の低熱伝導率により出力電力が低く抑えられていました。本研究は、この課題を克服し、フレキシブルRFパワーアンプとして最高水準の飽和出力電力28.3 dBmとPAE 38.3%を達成し、従来のフレキシブルGaN PAと比較して出力電力とPAEを桁違いに改善しました。これは、高データレートや長距離伝送を必要とするフレキシブル無線通信システムに非常に有用な成果です。

Mobility-Enhanced Nitrogen-Polar GaN/AlGaN Heterostructure by Stress Modulation

Haotian Ma, Gaoqiang Deng, Shixu Yang, Yusen Wang, Jingkai Zhao, Changcai Zuo, Yi Li, Haozhe Gao, Yuliang Liu, Xiang Lin, and Yuantao Zhang

State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics, College of Electronic Science and Engineering, Jilin University, China

IEEE Electron Device Letters, vol. 46, no. 10, pp. 1737-1740, Oct. 2025

DOI：https://doi.org/10.1109/LED.2025.3595399

要旨：

　本研究は、N極性GaN/AlGaNヘテロ構造における応力状態が、二次元電子ガス（2DEG）の移動度に決定的な役割を果たすことを示しました。高抵抗（HR）N極性GaNテンプレートの応力状態を引張応力から弱い圧縮応力へ調整することで、室温2DEG移動度が820 cm2/Vsから1420 cm2/Vsへと著しく向上しました。さらに、GaN/AlGaN界面に薄いAlN中間層を導入することで、2DEG移動度は1730 cm2/Vsまでさらに向上しました。これは、SiC基板上にMOCVD成長されたN極性GaN/AlGaNヘテロ構造として高い移動度の値です。

従来研究との新規性：

　本研究の新規性は、MOCVD成長によるN極性GaN/AlGaNヘテロ構造において、エピタキシャル層の応力状態（HR-GaNテンプレートの応力）を能動的に変調することで、2DEG移動度を大幅に向上させる（820 cm2/Vsから1420 cm2/Vsへ）という新しいアプローチを実証した点です。特に、弱い圧縮応力状態が移動度向上に最も寄与することを明確に示しました。また、AlN中間層の導入と組み合わせることで、SiC基板上のMOCVD成長N極性GaN/AlGaNヘテロ構造として最高水準の1730 cm2/Vsを達成しました。

Improved Breakdown Voltage and RF Power Characteristics of GaN HEMTs by Layered C/Fe-Doped GaN Buffer

Qian Yu, Meng Zhang, Ling Yang, Zou Xu, Hao Lu, Chunzhou Shi, Mei Wu, Bin Hou, Qingyuan Chang, Wenze Gao, Jiale Du, Xiaohua Ma, and Yue Hao

State Key Discipline Laboratory of Wide Band-Gap Semiconductor Technology, School of Microelectronics, Xidian University, China

IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 72, no. 10, pp. 5328-5335, Oct. 2025

DOI：https://doi.org/10.1109/TED.2025.3592916

要旨：

　本研究では、上層に低濃度Cドープ層、下層にFeドープGaNバッファ層を用いた革新的な層状GaNバッファを提案しています。この構造により、Feドーピングの裾野（tail）が抑制され、GaN HEMTの降伏電圧（VBK）が128 Vから174 Vに増加しました。移動度とトランスコンダクタンス（gm）も大幅に改善し、電流コラプス（CC）は低濃度Cドープにより悪化しませんでした。その結果、12 GHzでのRFロードプル測定において、80 Vのドレイン電圧で24.1 W/mmの出力電力密度と57%の電力付加効率（PAE）という高性能を実現しました。

従来研究との新規性：

　本論文は、AlGaN/GaN HEMTのバッファ層として、低濃度Cドープ上層とFeドープ下層を組み合わせた革新的な層状バッファ構造を提案・実証した点に新規性があります。この構造は、以下の2つの主要な課題を同時に解決しました。

1. Feドーピングの裾野を効果的に抑制し、移動度とgmを向上させました。

2. Cドープ層によりVBKを大幅に改善（128 Vから174 Vへ）しつつ、電流コラプスの悪化を防ぎました。

これにより、12 GHzで24.1 W/mm、PAE 57%という高性能を達成し、高出力RF GaN HEMTのバッファ層設計に新たなアイデアを提供しました。

※なお、翻訳・要約にはGeminiアプリを活用した。

Page updated

Report abuse