三菱電機と東京工業大学，理化学研究所の研究グループは共同で，従来に比べて出力を高められるというGaN系HEMTを試作した。理論的に，「少なくとも3倍以上に高められる」（三菱電機）とする。これまでのGaN系HEMTはチャネル層にGaNを用いていたのに対し，今回はチャネル層にAlGaNを使う。主に5GHz帯を利用する無線通信や携帯電話の基地局での利用を想定する。出力が高いので，基地局の小型化や高効率化につながるという。今回の成果は，米国ワシントンDCで12月10～12日に開催されている電子デバイス技術に関する国際会議「2007 IEEE International Electron Devices Meeting（2007 IEDM）」で発表したもの。発表に併せて日本で記者会見を開催した。
現在，携帯電話の基地局では主にGaAs系素子が利用されている。高出力化を期待できる次世代の高周波素子としてGaNチャネルを使うHEMTの研究開発が進んでおり，一部実用化している。三菱電機は，今回のAlGaNチャネルを使うHEMTを次々世代の高周波素子と位置付ける（図1）。実用化時期に関しては，「GaNチャネルを使うHEMTの本格的な普及は早くても2010年。AlGaNチャネルを使うHEMTはその後。2010年代の早い時期に実用化したい」（三菱電機）という。
高出力化できるのは，チャネル層のバンドギャップはAlGaNの方が広く，HEMTの耐圧を高くできるため。耐圧が大きいほど高いドレイン電圧を印加できるので，高出力化しやすい。GaNのバンドギャップは3.4eVで，今回のチャネルに用いたAlGaNは同5eV程度である。チャネル層上に設ける電子供給層は，従来と同じくAlGaNを使う。電子供給層でのAlの組成比は，チャネル層よりも高くしてある。
出力は3倍以上に
試作した素子の中で耐圧が高いのは約1600Vのもの（図2）。一般的なGaN系HEMTの耐圧の「約8倍に相当する」（三菱電機）という。出力は耐圧とドレイン電流の積に比例する。そのためGaNチャネルのHEMTと同じドレイン電流をAlGaNチャネルのHEMTに流せれば，理論的に「出力を8倍以上にできる」（同社）とする。
ただし，現状でAlGaNチャネルのHEMTのドレイン電流は，一般的なGaNチャネルのHEMTに比べて1/3程度（図3）。そのため，約3倍の出力となる。ただし具体的な出力を公開しておらず，遮断周波数や最大発振周波数も未公開である。
3つの手法で実現
今回，三菱電機らは主に3点に注力してAlGaNチャネルのHEMTを実現した。（1）構造設計，（2）結晶品質の向上，（3）ソースやドレインの電極から2次元電子ガス層までの抵抗（コンタクト抵抗）の低減，である。（1）と（3）は三菱電機，（2）は東京工業大学と理化学研究所が担当した。
（1）に関しては，高速で電子が流れる2次元電子ガスが発生するように，Alの組成比が異なるAlGaNの間で生じる圧電効果を利用した。今回試作した素子は，下からサファイア基板，AlNのバッファ層，AlGaNのチャネル層，AlGaNのバリア層（図中では「電子供給層」）を積層したもの（図4）。バリア層をAl0.53Ga0.47N，チャネル層をAl0.38Ga0.62Nとバリア層のAl比を高くして格子定数を変え，圧電効果が生じるようにした。
（2）では，成長方法を改良することで結晶品質を高めた。中でもバッファ層や，バリア層とチャネル層の界面の品質を高めた。（3）については，コンタクト抵抗を下げるため，バリア層のソースやドレインを形成する領域にSiイオンを注入して電子濃度が高くなるようにした（図5）。AlGaNのバンドギャップが高いため，チャネル層がGaNの場合よりもイオンを注入しにくいという。
実用化に向けた課題の一つは信頼性。AlGaNチャネルのHEMTはGaNチャネルのHEMTに比べて高品質な結晶を成長させにくく，高い信頼性の確保が難しいという。
