후지쯔(Fujitsu)는 2026년 3월 5일, 무선 통신이나 레이더 등에서 널리 활용 가능한 주파수 8GHz에서 "세계 최고"(동사)의 전력 변환 효율 74.3%를 달성하는 기술을 개발했다고 발표했다. 이는 질화 갈륨(GaN) HEMT에서 고품질 절연 게이트 기술을 개발해 고효율과 고출력을 동시에 실현한 것이다. 8GHz는 6G의 후보 주파수 대역인 FR3(Frequency Range 3)의 일부이다.
최근 AI의 발전과 디지털화로 인해 통신 트래픽 양이 급격히 증가하고 있다. 그 중에서도 사람이나 차량과 같은 이동체와의 무선 통신은 통신 속도나 소비 전력 면에서 광섬유 등 유선 통신에 비해 불리하여 지속적인 성능 향상이 요구되고 있다. GaN HEMT는 다른 재료 기반 트랜지스터에 비해 출력과 효율이 뛰어나 이동 통신 기지국이나 다양한 레이더용 파워 앰프로 널리 사용되고 있다.
기존 GaN HEMT는 전류를 제어하기 위한 게이트 전극에 금속과 반도체를 직접 접촉시키는 쇼트키 접합을 사용했지만, 이 구조에서는 고전압이나 대전류에 의해 누설 전류가 발생하여 출력과 효율이 저하되는 문제가 있었다.
이에 대해 후지쯔는 누설 전류를 억제하기 위해 게이트 금속과 GaN 반도체 사이에 질화 실리콘 알루미늄(SiAlN) 절연막을 삽입한 금속-절연체-반도체(MIS)형 구조를 개발했다. 이 SiAlN의 성막에는 GaN 반도체와 동일한 유기 금속 화학 기상 성장법(MOCVD)을 사용할 수 있어, 반도체의 결정 성장 직후에 SiAlN을 형성함으로써 절연막 자체뿐만 아니라 절연막과 반도체의 계면도 고품질화할 수 있다. 또한 SiAlN과 질화 케이소(SiN) 두 종류의 막을 적층하여 게이트 필드 플레이트라 불리는 돌출 구조를 형성하고, 고전압 동작 시의 전계 집중도 억제했다.
