ニュースレター202602

　2026年2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。

• GaN HEMTs on 4H-SiC/Diamond Engineered Substrate With Enhanced Heat Dissipation

Yipei Lei, Xinhua Wang, Fengwen Mu 他

Chinese Academy of Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, iSABers Group Company Ltd., Wuhan University, Nanjing Electronic Devices Institute (China)

IEEE Electron Device Letters, vol. 47, no. 2, pp. 237-240, Feb. 2026

DOI：https://doi.org/10.1109/LED.2025.3635043

[要旨]

　究極の放熱材料であるダイヤモンドとGaNデバイスを、極薄のSiC層を介して貼り合わせる新技術を開発した。接合面の熱抵抗（TBR）を世界最小レベル（13.6 m2K/GW）に抑え、非常に高い電力で動かしても温度が上がりにくいデバイスを実現。従来のSiC基板と比較して、同じ電力消費時でもチップ温度を約40℃下げることに成功した。

[従来研究との新規性]

• SiCを1ミクロン以下(784 nm)まで薄くしてダイヤモンドと貼るという高度な転写技術を用い、接合界面の熱の壁をほぼ取り除いた点。

• 32.5 W/mmという、これまでの報告を上回る過酷な電力密度条件下でも安定して動作し、その優れた冷却能力を実証した点。

• Low Threshold Voltage Temperature Coefficient Due to Thermal Stress in GaN-on-Diamond HEMTs

Lei Huang, Qingzhi Wu, Shuman Mao, Yuechan Kong, Tangsheng Chen, and Yuehang Xu

University of Electronic Science and Technology of China, Nanjing Electronic Devices Institute（China）

IEEE Electron Device Letters, vol. 47, no. 2, pp. 265-268, Feb. 2026

DOI：https://doi.org/10.1109/LED.2025.3646340

[要旨]

　GaNデバイスをダイヤモンド基板に貼り合わせたGaN-on-Diamond構造において、温度が変化しても閾値電圧がほとんど変化しない極めて高い熱安定性を実現した。温度上昇に伴う材料間の熱ストレス（膨張の差）が、電気特性の変化を打ち消す方向に働くという新しいメカニズムを解明。高温環境で動作する次世代の高性能レーダーや通信機器の安定性を大きく向上させる成果である。

[従来研究との新規性]

• ダイヤモンド基板の放熱性だけでなく、その熱膨張の小ささがデバイスの電気的な安定化に直接寄与することを理論と実験の両面で証明した点。

• 熱ストレスを考慮した新しい閾値電圧モデル（温度上昇した際にGaN層には引張応力が発生し、チャネル内の電子（2DEG）を減少させる）を提案し、高温環境下での正確なデバイス設計を可能にした点。

• Multi-Fin β-Ga2O3 Vertical FinFET With Interfin Field Oxide Exhibiting a Breakdown Voltage of 1.8 kV and Power Figure of Merit of 1 GW/cm2

S. Roy, C. N. Saha, C. Peterson, W. J. Mitchell, J. S. Speck and S. Krishnamoorthy

University of California, Santa Barbara（USA）

IEEE Electron Device Letters, vol. 47, no. 2, pp. 341-344, Feb. 2026

DOI：https://doi.org/10.1109/LED.2025.3641370

[要旨]

　次世代のパワー半導体材料として注目されるGa2O3を用い、極めて高い電圧に耐えつつ、電気を効率よく流せる縦型トランジスタを開発した。ナノフィン構造の間に、電界を和らげるフィールド酸化膜を導入することで、耐圧を従来の2倍以上に向上。マルチフィン構造のGa2O3転写型デバイスとして、世界記録となるパワー性能指数（1.01 GW/cm2）を達成した。

[従来研究との新規性]

• Ga2O3を用いた縦型マルチフィン構造において、フィールド酸化膜による電界緩和技術を初めて適用し、性能を倍増させた点。

• 実用的なノーマリオフ動作を維持したまま、1 GW/cm2を超えるパワー性能を叩き出した、世界初のGa2O3縦型トランジスタである点。

• First RF Operation of AlGaN-channel Polarization-Doped FETs with Average Al-content over 0.75

S. Kawasaki, M. Hiroki, K. Hirama, and Y. Taniyasu

NTT Basic Research Laboratories（Japan）

2025 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), San Francisco, CA, USA, 2025, pp. 1-4

DOI：https://doi.org/10.1109/IEDM50572.2025.11353758

[要旨]

　75%以上の高Al組成AlGaNを用いた次世代トランジスタで、世界で初めて実用的な高周波（RF）動作に成功した。結晶の構造を工夫することで、電気を通しにくい材料の弱点を克服し、高い電流密度と高速動作を両立した。超高耐圧かつ高速な次世代通信機器や電力制御デバイスへの応用が期待される。

[従来研究との新規性]

• Al含有率が75%を超える極めて高い領域において、初めて高周波（RF）での出力特性と増幅動作を実証した点。（fmax=78.7 GHz, Psat=1.2 W/mm）

• 分極ドープにより従来の不純物ドープ法では不可能だった高耐圧と高周波動作の二兎を追うデバイス構造を確立し、AlGaNデバイスの限界を大きく押し広げた。

• Low Thermal Resistance X-band AlGaN/GaN/AlN-on-SiC RF Power HEMTs with Record Pout = 41 W/mm and fT×BV = 31 THz•V

Hong Zhou, Kun Zhang, Chaoqun Zhang, Yi Pei, Yuhao Zhang, Jincheng Zhang 他

Xidian University, Dynax Semiconductor, Chengdu Aerospace Bomu Electronic Science and Technology Co., Ltd, Wuhan University, University of Hong Kong（China）

2025 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), San Francisco, CA, USA, 2025, pp. 1-4

DOI：https://doi.org/10.1109/IEDM50572.2025.11353733

[要旨]

　X帯（8〜12GHz）で動作する高周波パワーデバイスにおいて、世界記録となる41 W/mmという驚異的な出力密度を達成した。窒化アルミニウム（AlN）をバッファ層に用いることで、熱の逃げ道を確保しつつ、高耐圧を両立させた。省電力性と高速動作の指標であるfT×BV積においても、世界最高水準の 31 THz·V を記録した。

[従来研究との新規性]

• 従来の限界であった 30 W/mm 前後の壁を大きく超え、出力密度41 W/mm というX帯における世界新記録を樹立した点。

• 高価な特殊基板を使わず、産業界で広く使われるSiC基板上でAlNバッファ技術を用いてこの性能を達成した、実用性の高い画期的な成果である。

• 島状成長から膜状成長（2D成長）へ最適化したAlNバッファ層の採用とエピタキシャル層全体の薄層化(合計400 nm）により、数マイクロメートルの厚いGaNバッファを用いた従来のデバイスの熱抵抗と比較して、3分の1以下（2.1 K·mm/W）まで低減。

• Low-Resistance and Current-Collapse-Free MOVPE-Grown Pseudomorphic AlN/GaN/AlN HEMTs on AlN substrates

T. Lee, A. Yoshikawa, Y. Hagihara, S. Sugiyama, M. Arai, Y. Ando, J. Suda, and H. Amano

Asahi Kasei Corp., IMaSS Nagoya Univ. (Japan)

2025 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), San Francisco, CA, USA, 2025, pp. 1-4

DOI：https://doi.org/10.1109/IEDM50572.2025.11353579

[要旨]

　次世代の超ワイドバンドギャップ（UWBG）材料であるAlN基板を用い、非常に高性能なパワーデバイスを開発した。結晶成長の工夫により不純物を減らし、課題だった電気抵抗と電流コラプスを劇的に改善。高い電圧に耐えつつ、高速に動作するデバイスとして、MOVPE法での実用性を示した。

[従来研究との新規性]

• 量産に適したMOVPE法を用いながら、AlN/GaN/AlN構造において低抵抗と電流コラプスフリーを同時に達成した点。

• 超ワイドバンドギャップデバイスが、単なる研究段階から、高効率な電力制御や高速通信に使える実用的なフェーズに入ったことを示した点。

• TEGaによるGaNチャネル内の炭素不純物低減と応力制御されたSiNによる表面保護の両面からトラップを排除。

• Monolithic 3D Integration of III-V HEMTs on Glass Using Ultra-Thin Dielectric Bonding Layer: A High-Frequency and Low-Loss Active Glass Platform for Sub-THz Applications

J. Jeong, Y. Choi, S. Kim, H. Kim, J. Kwon and S. Kim

KAIST, UNIST (Korea)

2025 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), San Francisco, CA, USA, 2025, pp. 1-4

DOI：https://doi.org/10.1109/IEDM50572.2025.11353813

[要旨]

　6G等の高速通信で使われるサブテラヘルツ帯に向けて、安価で電波損失の少ないガラス基板の上に、高性能なInGaAsトランジスタを直接作り込む新技術を開発した。独自の低温接合技術（250℃以下）を用いることで、ガラスを傷めずに高性能なデバイスを転写することに成功。ガラス基板の電波の通りやすさと、化合物半導体の高速動作を両立した、次世代通信の理想的なプラットフォームを提示した。

[従来研究との新規性]

• ガラスという受動的な材料を、高性能なトランジスタを搭載した能動的なプラットフォームへと進化させた点。

• 従来の3D集積技術と比較しても、動作速度（fT=343 GHz、fmax=659 GHz）と低損失性（RF-SOIの約6分の1）のバランスにおいて、サブテラヘルツ帯における世界トップクラスの性能を実証した点。

• Seamless Heterointegration of Components: Advancements in Fanout Technology and Thermal Solutions in System in Package

Robert Gernhardt, Markus Wöhrmann, Ulrike Ganesh, Marius Adler, Benoit Lambert, Martin Schneider-Ramelow

Fraunhofer Institute for Reliability and Microintegration IZM, Technische Universität Berlin (Germany) 

United Monolithic Semiconductors（France）

2025 IEEE 27th Electronics Packaging Technology Conference (EPTC), Singapore, Singapore, 2025, pp. 1-6

DOI：https://doi.org/10.1109/EPTC67330.2025.11392325

[要旨]

　異なる種類のチップ（GaNパワーデバイスやSi制御ICなど）を一つのパッケージにまとめる異種統合（ヘテロインテグレーション）において、高性能なファンアウト・パネルレベル・パッケージング（FOPLP）技術を開発。特に高出力なGaNチップから発生する熱を効率よく逃がすため、パッケージ内部に熱伝導を助けるサーマルビアやヒートスプレッダー（Cu）を統合する新しい構造を提案。電気的特性と熱管理の両立を実現し、次世代の小型・高出力通信モジュールの可能性を示した。

[従来研究との新規性]

• 従来のファンアウト技術は主にモバイル向けの低電力チップが中心だったが、本研究は高出力なIII-V族（GaNなど）パワーデバイスをファンアウト構造にシームレスに組み込んだ点が画期的。

• 複雑な熱管理機能を、パッケージ製造工程の中で埋め込み（インテグレーション）として実現した実用性の高い提案である。

• Thermal Performance Enhancement of Stacked Packages Using Silicon-Based Heat Spreading Die

Seokjun Daniel Lee, Sujie Kang, Minwoo Daniel Rhee, Young Jong Lee, Jung Shin Lee, Kwangjin Moon

Samsung Electronics, KAIST (Korea)

2025 IEEE 27th Electronics Packaging Technology Conference (EPTC), Singapore, Singapore, 2025, pp. 1-6

DOI：https://doi.org/10.1109/EPTC67330.2025.11392132

[要旨]

　AIチップやメモリの高密度化に伴い、チップを縦に積み重ねる積層パッケージ（Stacked Package）の熱問題が深刻化している。本研究では、チップ間に挿入するシリコンベースの放熱用ダイ（Heat Spreading Die）の中に、微細な液体の流れを利用した薄型ベーパーチャンバー（TVC）を組み込む技術を提案。従来のただの金属板やシリコン板による放熱よりも効率的に熱を横方向へ拡散させ、積層パッケージ特有の熱がこもる問題を劇的に改善した。

[従来研究との新規性]

• 単なる材料（熱伝導率）の改善ではなく、積層パッケージ内部に相変化（液体から気体への変化）を利用した動的な冷却機構を組み込んだ点が画期的。

• サムスン電子による、実用化を見据えた超薄型ベーパーチャンバーの積層パッケージへの統合実証である点。

• 260 μm厚TVCダイ（液体：R245fa）の実効的な熱伝導率は約 1,000 W/m·K 以上と銅の約2.5倍であるが、20W以上の入力電力で液体の漏れや、熱により液体が完全に蒸発してしまうドライアウト現象が発生し、冷却性能が急落することが課題。

※なお、翻訳・要約にはGeminiアプリを活用した。