局所的な集中豪雨を高精度に観測 レーダー観測範囲の約2.3倍拡大に成功

富士通と富士通研究所は、気象レーダーなどのパワーアンプ(増幅器)に適用可能な窒化ガリウム高電子移動度トランジスタ(以下、GaN HEMT)において、大電流化と高電圧化を同時に達成する結晶構造を開発し、マイクロ波帯の送信用トランジスタとしては従来比3倍の高出力化に成功したと発表した。

近年、GaN HEMTは高周波パワーアンプのトランジスタとして、レーダーや無線通信などの長距離電波用途に広く利用されている。今後は、局所的な集中豪雨を高精度に観測する気象レーダーや、第5世代移動通信方式(5G)向けミリ波帯無線通信にも利用されることが見込まれている。レーダーや無線通信で用いられるマイクロ波からミリ波帯の電波到達距離は、送信用の高周波GaN HEMTパワーアンプを高出力化することで長距離化し、レーダー観測範囲の拡大や長距離・大容量通信が可能になる。

富士通研究所は2000年代初頭からGaN HEMTの研究に取り組み、現在様々な場面で使われている窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)系HEMTを提供してきた。現在は、次世代のGaN HEMTとして、高密度に電子を発生させ大電流化を可能とする窒化インジウムアルミニウムガリウム(InAlGaN)系HEMTの研究を進めており、今回大電流と高電圧を同時に達成する結晶構造を開発した。

今回、結晶構造において、電子供給層と電子走行層の間に高抵抗なAlGaNスペーサ層を挿入することで、トランジスタの大電流化と高電圧化を同時に実現することに世界で初めて成功した。

窒化インジウムアルミニウムガリウム(InAlGaN)系HEMTに、今回開発したAlGaNスペーサ層を適用することで、これまで両立が困難であった大電流かつ高電圧動作を実現できる。さらに、富士通および富士通研究所が2017年に開発した単結晶ダイヤモンド基板接合技術を適用し、トランジスタ内部の熱を基板との接合部分から効率よく放熱することで、安定稼働を可能にする。実際に本結晶構造を持つGaN HEMTを測定したところ、ゲート幅1mmあたり世界最高出力となる19.9ワット(従来比3倍)を達成することに成功したという。

両社は今後、この技術を適用したGaN HEMTパワーアンプの熱抵抗や出力性能の評価を行い、2020年度に気象レーダーなどのレーダーシステムや5G無線通信システムなどへの適用に向けた高出力な高周波GaN HEMTパワーアンプの実用化を目指す。

従来比3倍となる窒化ガリウムトランジスタの高出力化に成功

カテゴリー: 情報通信 , 製造   

大島 純一郎

大島 純一郎Author

証券系システムエンジニアやIT系資格対策問題集の編集、IT系Webメディアの編集記者などの経歴を生かして、企業向けIT関連の記事制作に携わる。専門は、IT、金融、医療分野。医療情報システムの企画/構築、運用に関する知識を有する専門者としての資格、医療情報技師、情報セキュリティアドミニストレータの保有者。

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