- 2020-3-30
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- 800GHz, HBT製造, InP系化合物半導体結晶成長, NTT, スイッチング速度, ヘテロ接合バイポーラトランジスタ, 研究, 電流利得遮断周波数
NTTは2020年3月27日、インジウムリン（InP）系化合物半導体結晶成長技術と、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（HBT）製造技術の高度化により、800GHzを超える電流利得遮断周波数を有するトランジスタの開発に成功したと発表した。
今後IoTやAIを活用したスマート社会の実現が期待されるが、そこではデータ通信量の爆発的な増大が見込まれる。これに対応する手法の一つとして、集積回路の動作帯域をTHz領域まで拡張し、光・無線通信システムの大容量化を図ることが挙げられている。
一方で、トランジスタのスイッチング速度の指標となる電流利得遮断周波数（fT）は、トランジスタの種類やその構成材料を問わず、これまで700GHz台で飽和傾向にあり、将来の通信大容量化やTHz帯のアプリケーションを実現する上での潜在的な課題だった。
そこでNTTは、独自のInP系化合物半導体の結晶成長技術及びHBT製造技術を発展させ、厚さ約10nmの半導体結晶層内に電子を加速する構造を組み込むとともに、幅50nmの微細電極構造を形成し、800GHzを超える電流利得遮断周波数を有するトランジスタを実証した。
今回の研究では、InP系化合物半導体結晶成長技術の開発に力を注いだ。原材料制御法を用いた有機金属化学気相堆積法により、エミッタにインジウムガリウムリン（InGaP）、ベースにインジウムガリウム砒素アンチモン（InGaAsSb）、コレクタにInPを用いた高品質なHBT構造を結晶成長することで、電流利得や耐圧といったトランジスタの主要な特性を損なわずに高速性能を実現した。
そして、HBT製造技術にも注力。一般にトランジスタの高速化には、電子走行時間と寄生容量の削減が重要で、特にHBTではコレクタの走行時間が支配的な要因だ。走行時間の削減にはコレクタの薄層化が効果的だが、逆に寄生容量が増大する。そこで今回、寄生容量の要因となるベース電極幅を従来の約200nmから50nmへ高精度に微細化する技術を構築し、ベース電極面積を約70％低減。これにより、コレクタを従来よりも薄層化しても、寄生容量の増加なく電子走行時間の短縮が可能となった。
本トランジスタを活用すれば、集積回路の劇的な高速化・高性能化が可能になり、マルチTbps級の光伝送やテラヘルツ帯を利用した大容量無線通信、センシング・イメージングなど、将来のスマート社会を支える高度な情報通信システムやサービスの実現が見込まれるという。
