高周波トランジスタにおけるGaN on GaN技術の優位性、三菱電機が実証

　三菱電機は2026年11月9日、GaN（窒化ガリウム）基板上にGaNのエピタキシャル層（エピ層）を成膜するGaN on GaN技術を用いて作成した高周波トランジスタ（GaNトランジスタ）について、SiC（シリコンカーバイド）基板上にGaNエピ層を成膜して作成した場合との比較を通して、結晶欠陥に起因する周波数分散の影響の原因を解明するとともに、その影響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本来の高い性能を安定して引き出すことが可能になり、GaNトランジスタを使用した産業用マイクロ波加熱システムなど高周波機器の小型化、高性能化と省電力化に貢献できるという。同社は2030年ごろの社会実装を目指すとしている。

【SiC基板とGaN基板上のGaNエピ層の結晶欠陥を比較したイメージ】

　今回の研究成果は、三菱電機が2024年から参加している環境省の委託事業「革新的な省CO2実現のための部材や素材の社会実装・普及展開加速化事業」の一環となる。　同社は、SiC基板上に成膜したGaNエピ層の結晶と、GaN基板上に成膜したGaNエピ層の結晶の比較で、欠陥応答を取り入れた新たな回路解析により、従来SiC基板上の成膜で発生していた結晶欠陥が高周波動作時の周波数分散に与える影響を「世界で初めて」（同社）解明した。また、GaN基板上で結晶性が改善される優位性を電気的に確認し、世界で初めて周波数分散の大幅な抑制を実証した。「日本企業が強みを持つGaN基板について、高周波デバイスとしての有用性を初めて明確に提示できた」（同社）という。　併せて、従来課題であった結晶欠陥に起因する周波数分散を大幅に抑制することにより、これまで必要だったデジタル回路を用いた複雑な補正が不要となることを確認した。これにより、GaNトランジスタの回路設計の簡素化と、消費電力の低減につなげられる。結果として、GaNトランジスタを使用した産業用マイクロ波加熱システムや通信基地局など高周波機器の小型化、高性能化と省電力化に貢献できるとしている。　近年、廃プラスチックを化学原料に戻すケミカルリサイクルで使用されている産業用マイクロ波加熱システムや、5G／6G基地局、レーダーなどの高周波分野において、高出力／高効率なGaNトランジスタの需要が急速に拡大している。従来のGaNトランジスタは、熱伝導率が高く発熱対策に優れたSiC基板上にGaNのエピ層を成膜して作製する方法が主流だったが、基板とエピ層の材料の違いから、成膜時に結晶欠陥の発生が避けられなかった。　この結晶欠陥は、高周波動作時に電子の動きを妨げ、電流値が周波数によって変動する周波数分散を引き起こしてしまい、デバイス動作を不安定にする原因になっていた。そのため、これまではデジタル回路を用いた複雑な補正が必要であり、システム全体の大型化や電力ロスの増大が大きな課題になっていたという。

　なお、三菱電機は今回の研究成果の詳細について、2026年11月8～13日に熊本城ホールで開催される半導体関連の学会「International Workshop on Nitride Semiconductors 2026（IWN2026）」で発表する予定だ。