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概要

近年、移動体通信基地局や衛星通信システムの高周波電力増幅器は、小型・軽量化や高効率化などのために高出力で高効率なGaN-HEMT^※1の適用が拡大しています。

三菱電機では、国立研究開発法人産業技術総合研究所 集積マイクロシステム研究センターとの共同研究により、放熱基板として高い熱伝導率を持つ単結晶ダイヤモンドにGaN-HEMT層を直接接合することで、高出力・高効率化を実現したマルチセル構造^※2のGaN-HEMTを世界で初めて^※3開発しました。

今回開発したGaN-HEMTを搭載することにより、高周波電力増幅器の出力密度・電力効率が向上し、移動体通信基地局や衛星通信システムなどの低消費電力化に貢献します。

研究開発体制

本成果の一部は国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の委託業務（JPNP10022）の結果、得られたものです。

技術ポイント

世界初、マルチセル構造のGaN-HEMTを単結晶ダイヤモンド基板へ直接接合

シリコン基板を用いて作製したマルチセル構造のGaN-HEMTからシリコン基板を除去し、GaN-HEMTの裏面を研磨して薄く平坦に加工した後で、ナノ表面改質層を介する直接接合法によってダイヤモンド基板と接合します。

また、8つのトランジスタセルを並列に組み合わせたマルチセル構造を採用。世界で初めて、放熱性の高い単結晶ダイヤモンドを放熱基板に用いて、マルチセル構造のGaN-HEMTを作製しました。

GaN-HEMTの出力密度・電力効率の向上により、省エネに貢献

単結晶ダイヤモンド（熱伝導率 1900W/m・K）を基板に用いて放熱性を高め、GaN-HEMTの高温化による性能や信頼性の低下を抑制することに成功しました。

GaN-HEMTの最大温度を211.1℃から35.7℃に低減できるので、トランジスタ当たりの出力が2.8W/mmから3.1W/mmへ約10％増加すると共に、シリコン基板を用いた同構造GaN-HEMTとの比較において、電力効率が55.6%から65.2%に向上しました。