世界初、GaN基板を採用したGaNトランジスタの周波数分散抑制を実証

GaN本来の性能を引き出し、高周波機器の高性能化と省電力化に貢献

三菱電機株式会社

2026年11月9日 13時00分

　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。

■開発の特長

1．世界初、結晶欠陥が周波数分散に与える影響を解明し、周波数分散の抑制を実証

・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解明

・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

・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

高周波信号の周期に応じた電流の流れやすさの変化（周波数分散）　青：SiC基板上GaNトランジスタ、赤：GaN基板上GaNトランジスタ

2．GaNトランジスタ回路設計を簡素化し、消費電力を低減

・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、これまで必要であったデジタル回路を用いた複雑な補正が不要となり、GaNトランジスタ回路設計を簡素化し、消費電力を低減

・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

■今後の予定・将来展望

　今後、本成果をもとにGaNトランジスタのさらなる高出力化・高効率化を進め、産業用マイクロ波加熱システム、高周波通信機器やレーダーシステムへの展開を検討し、2030年頃の社会実装を目指します。

■商標関連

「Google Scholar」

Google LLCの商標

■参考

　本研究成果の一部は、環境省「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」により得られたものです。

■三菱電機グループについて

　三菱電機グループは、「Our Philosophy」のもと、サステナビリティを経営の根幹に据え、社会・顧客・株主・従業員をはじめとしたステークホルダーからの信頼を重んじてまいります。また、「収益性」「資本効率」「成長性」を追求するとともに、顧客と繋がり続けて社会課題を解決する新たな価値を創出し、企業価値の持続的向上を図ります。1921年の創業以来、100年を超える歴史を有し、社会システム、エネルギーシステム、防衛・宇宙システム、FAシステム、自動車機器、ビルシステム、空調・家電、デジタルイノベーション、半導体・デバイスといった事業を展開しています。世界に200以上のグループ会社と約15万人の従業員を擁し、2025年度の連結売上高は5兆8,947億円でした。詳細は、オフィシャルウェブサイトをご覧ください。

※1　単結晶の基板上に成長させた単結晶層

※2　当社調べ（2026年10月26日時点、Google ScholarTMを使用し、キーワード「GaN substrate」

　　「GaN wafer」「GaN on GaN HEMT」で論文検索した結果、該当した156件の内容を確認）

※3　高周波デバイスにおいて、動作周波数によって電流値や特性が変動してしまう現象

※4　「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」に2024年から

　　参画し、高効率GaN系トランジスタに関する技術開発を実施中

※5　GaNそのものを単独でハンドリングできる基板として使うこと

※6　材料中の欠陥が外部からの刺激に対して示す電気的な応答や挙動

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