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

　三菱電機株式会社は、窒化ガリウム（GaN）基板上にGaNのエピタキシャル層^※1（エピ層）を成膜した高周波トランジスタ（GaNトランジスタ）において、世界で初めて^※2結晶欠陥に起因する周波数分散^※3の影響を解明し、周波数分散を大幅に抑制できることを実証しました。本成果により、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します。

　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ます。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炭化ケイ素（SiC）基板上にGaNのエピ層を成膜して作製する方法が主流でしたが、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ませんでした。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、デバイス動作が不安定になっていました。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となっていました。

　当社は今回、環境省の委託事業^※4の一環として、日本企業が強みを持つGaN基板を採用^※5したGaNトランジスタにおいて、欠陥応答^※6を取り入れた新たな回路解析手法により、結晶欠陥が周波数分散に与える影響をデバイス特性評価の中で解明しました。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ことで、従来は必須であったデジタル補正回路の簡素化が可能になり、高周波機器の小型化、高性能化と省電力化に貢献します。

　本開発成果の詳細は、11月8日から13日まで熊本城ホール（熊本県熊本市）で開催される「International Workshop on Nitride Semiconductors 2026（IWN2026）」にて発表予定です。