GaNトランジスタの周波数分散を抑制、三菱電機：GaN-on-GaNで結晶欠陥を低減

三菱電機は、窒化ガリウム（GaN）基板を採用したGaNトランジスタを用い、結晶欠陥に起因する周波数分散を大幅に抑制できることを実証した。これによりGaNトランジスタの性能を安定して引き出すことができ、素子を搭載した高周波機器の小型化や高性能化、省電力化に貢献する。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

高周波機器の小型／高性能／省電力化へ

　三菱電機は2026年11月、窒化ガリウム（GaN）基板を採用したGaNトランジスタを用い、結晶欠陥に起因する周波数分散を大幅に抑制できることを実証したと発表した。これによりGaNトランジスタの性能を安定して引き出すことができ、素子を搭載した高周波機器の小型化や高性能化、省電力化を可能にした。2030年ころの社会実装を目指す。

　高出力で高効率なGaNトランジスタは、産業用マイクロ波加熱システムや5G／6G（第5／6世代移動通信）基地局、レーダーなどの高周波分野で需要が拡大している。ただ、GaNトランジスタの作製手法はこれまで、SiC（炭化ケイ素）基板上にGaNのエピ層を形成するのが主流であった。

　この作製方式では基板とエピ層の材料が異なるため、成膜時に結晶欠陥が発生していたという。この結晶欠陥が周波数分散を引き起こし、デバイスの動作が不安定となっていた。この問題を解決するには、デジタル回路を用いた複雑な補正が必要となるためシステム全体が大型化するなど、課題となっていた。

　三菱電機は今回、GaN基板を用いてGaNトランジスタを試作し、デバイス特性評価を行った。この中で、欠陥応答を取り入れた新たな回路解析手法を採用することで、結晶欠陥が周波数分散に与える影響を解明した。そして、GaN基板で周波数分散を大幅に抑制し、フラットな周波数特性が得られることを「世界で初めて実証した」（同社）という。

SiC基板とGaN基板上のGaNエピ層の結晶欠陥の比較イメージ［クリックで拡大］ 出所：三菱電機

高周波信号の周期に応じて電流の流れやすさを示すグラフ（周波数分散）。青線：SiC基板上GaNトランジスタ、赤線：GaN基板上GaNトランジスタのデータ［クリックで拡大］ 出所：三菱電機