ミリ波高出力GaN-HEMT

摘要

GaN高電子移動度トランジスタ（GaN-HEMT）は、高出力・高効率ミリ波増幅器向けデバイスとして期待されている。これまで、我々は1×10~(-6)A/mm以下の低いピンチオフ電流、100V以上のオフ耐圧そして50V以上のオン耐圧を実現してきた［1］。これらの優れた電気特性は、ミリ波増幅器の高効率・高出力動作に不可欠なものである。ところが、微細ゲート電極を有するGaN-HEMTで特に顕著な電流コラプス現象のため、ミリ波増幅器において十分な出力特性を得ることが出来なかった。今回の実験では、GaN-HEMT表面を覆う窒化珪素膜の形成技術を改善することにより、電流コラプスを大幅に改善することが出来た［2］。さらに、この電流コラプス低減技術を用いたGaN-HEMTを集積化しミリ波増幅器MMICを試作した。試作したミリ波増幅器MMICでは、W 帯（75GHz）において出力電力1.3W，出力電力密度1.6W／mm の優れた出力特性を得た。また、同時に13GHzの広い帯域特性を得ることにも成功した［3］。%There are high expectations for a GaN high electron mobility transistor (GaN-HEMT) to serve as a key device in the production of a high power and high efficiency millimeter-wave amplifier. Until now, an extremely low three-terminal pinched-off-current of less than 10~(-6) A/mm was achieved by applying band engineering. It improved the on-state breakdown voltage to 50 V and the off-state breakdown voltage to over 100 V [1]. However, the output power of a GaN-HEMT decreases due to current collapse. In particular, the influence of current collapse increases in a GaN-HEMT with a short gate-length. In this work, technology was developed to reduce this amount of current collapse. By utilizing thin silicon nitride passivation film that contained many Si-H bonds, current collapse was remarkably improved. A 3-stage common source amplifier MMIC was fabricated that used current collapse reducing technology. The P_(in) vs. P_(out) characteristics were measured at the W-band. Excellent power characteristics, such as P_(out) of 1.3 W, 1.6W/mm at 75 GHz at 35 V operation, and a frequency bandwidth of 13 GHz were demonstrated.