次世代パワーデバイス

次世代パワーデバイス

2026/06/04

次世代パワーデバイス 異種材料融合で限界突破

産総研では、将来の産業ニーズを見据えた目的基礎研究を通じて、革新的な技術シーズの創出に挑戦しています。
こうした最先端の成果を、日刊工業新聞で連載しています。産総研マガジンでもご紹介していますので、ぜひご覧ください。
※本記事は、日刊工業新聞社の許諾を得て掲載しています。著作権は日刊工業新聞社に帰属します。

エネ管理の要

　スマートフォンに代表される電子機器が生活や産業の隅々まで普及し、さらには膨大なデータを処理するＡＩ（人工知能）時代の到来により、電気エネルギーをいかに効率よく、かつ賢く使うかが現代社会の最重要課題の一つとなってきた。このエネルギー管理の要を担うのが、電圧の昇降圧や交流・直流の変換を行うパワー半導体デバイスである。電力損失を極限まで減らし、システムの小型化を実現するデバイスの進化は、今まさに一段上のフェーズへと向かっている。

長所を相互補完

　産業技術総合研究所（産総研）が従来のシリコン（Ｓｉ）パワー半導体デバイスに代わる高効率・小型デバイスの開発に向けて提案するのは、次世代材料として期待される窒化ガリウム（ＧａＮ）と炭化ケイ素（ＳｉＣ）を一つのチップ上で融合させるという、新しいアプローチである。従来の開発は、各次世代材料の特性を個別に追求し、単一材料でＳｉを代替するものだった。しかし、産総研はＧａＮとＳｉＣの長所を相互補完的に掛け合わせることで、単一材料では到達し得なかった高みを目指した。

　具体的には、高速スイッチングと低オン抵抗を誇るＧａＮ層の直下に、優れた耐圧性能と高い熱伝導率を持つＳｉＣベースのダイオードを一体的に作り込む「ハイブリッド型・高電子移動度トランジスタ（ｈｙＨＥＭＴ）」を開発した。ＧａＮが持つ卓越した電流制御能力と、ＳｉＣが持つ極めて高い安定性を融合させることで、これまでのＧａＮ素子の懸念であった過電圧時の破壊を回避し、1200ボルト級の高耐圧と、何度過電圧が加わっても壊れない非破壊的なブレークダウン（降伏）特性を世界で初めて実証した。

企業と連携強化

　すでに産総研内の１００ミリメートルウエハー量産試作ラインを用いて基本動作が実証されており、今後は、本技術の商用化に向け、パワーデバイスの設計・製造ノウハウを持つ企業との連携強化を目指している。高い信頼性が不可欠な電気自動車（ＥＶ）や重電機器、さらには膨大な電力を消費するＡＩサーバー用電源の劇的な軽量・小型化を目指して研究開発を続けている。産総研では、この革新的な技術シーズを基に、次世代パワーモジュールの社会実装に向け、半導体メーカーやセットメーカーとの共同研究を強力に推進していきたい。

先進パワーエレクトロニクス研究センター
パワーデバイス研究チーム
主任研究員

中島 昭

NAKAJIMA Akira