図1　6インチGaN-on-Siで作��したGaN SystemsのGaN FET

GaNの�L(f┘ng)陥は、下がってきたとはいえ、まだ�Hい。転位密度で単位�C積当たり10の6乗cm-2もあり、SiCと比べると3ケタ�Hいという。このためデバイスの歩�里泙蠅歪磴�、�x場に出すためには価格が高�Vまりになっている。普及するためにはまだ時間がかかる。こういった�L(f┘ng)点を解消するための�\術開発が相次いでいる。

細かいセル��(sh┫)式で歩�里泙蠅��屬欧�
カナダのGaN Systems社が、6インチのSiウェーハ�屬坊狙�したGaNパワートランジスタの歩�里泙蠅��屬欧襪燭瓩離罐法璽�なデザイン�}法は、「アイランド�\術（Island Technology）」と�}ばれている。これは、GaNエンハンスメント型MOSパワートランジスタを小さな小信��(gu┤)トランジスタに分割し、それらをつなぎ合わせた構�]を�eつ。元々パワートランジスタの等価�v路は、小信��(gu┤)トランジスタを�H数並�`接��したものとみなすことができる。

接��の仕��(sh┫)に工夫があり、図2のように小さなMOSトランジスタのソース電極を表に出したセル(�u色)と、ドレイン電極を表に出した�Eいセルを交互に並べ、��型構�]でドレイン、ソース配線をつないでいく。ゲートは別の端子として表�Cから�Dり出すという。たとえ、セルの�kつが故障しているとしてもドレインまたはソースの配線として接��されているため、電流が少し��(f┫)少するだけで不良にはならない。このため、歩�里泙蠅�90%くらいになるという。��来のGaNトランジスタなら数%しか歩�里泙蠅呂覆�、高コストとなっている。

図2　アイランドのセルごとにドレインかソースの電極が表に出ており、それをつなげて配線電極とする　出�Z：GaN Systems

パッケージングもユニークで、ボンディングワイヤーを��く使わず、広い幅のドレイン、ソースの銅配線に直接�X圧��するため、寄�撻ぅ鵐瀬�タンスが小さく、高�]応答が可�Δ砲覆襪世韻任呂覆�、�X�B�^も小さくできる。ちなみにdV/dtは100V/nsと極めてシャープな立ち�屬�り��性を�eつ。耐圧は100Vと650V、電流容量は8A~250Aまで揃えている。

�l田合成は�e型で1200V実現
GaNの�T晶�L(f┘ng)陥がSiCよりも�Hいことは��実だが、�l田合成によると、�L(f┘ng)陥が�HくてもSiCよりは動作しやすいという。�l田合成は、まだ2インチだがGaNを基���T晶とするMOSFETを試作した。ドレイン-ソース間に�T晶�L(f┘ng)陥が100個��度合ってもMOS動作を行うという。同社は、ゲート�┣祝譴箸靴�ALDなどの薄膜成長で作った?j┤)e型MOSFET(図3)で、耐圧1200Vを�u(p┴ng)ている。浅いトレンチだが、GaNのFETを��来の横型ではなく、SiCと同様、�e型に試作したため、耐圧を�j(lu┛)きくとることができた。

図3　�l田合成が開発した?j┤)e型GaN MOSFET 浅いトレンチを�W(w┌ng)��　出�Z：�l田合成

これまで、SiCは 1200V以��、600VまではGaNという暗黙の区分けがあったが、��来のSiCは�e型、GaNは横型であったためにGaNにおいて�科�な耐圧を確保しようとするとオン�B�^を犠牲にせざるを�u(p┴ng)なかった。今�v、�l田合成は、GaNのバルク�T晶を作り、その�屬��e��(sh┫)向に電流を流す構�]のトランジスタを作り込むことで、オン�B�^を下げた�X��で耐圧を1200Vに�屬欧襪海箸�できるようになった。図4には1200Vを��える耐圧を��(j┤)している。この時のオン�B�^は1.8mΩcm2とSiC並みの小ささである。�`�Yは0.4mΩcm2。

図4　1200Vの耐圧でオン�B�^1.8mΩcm2と低い�e型GaN MOSFET　出�Z：�l田合成

GaN基��の�T晶成長には、Na溶�]中でGaN�|�T晶を元にGaNを成長させていく��(sh┫)法を採った。GaNはSiCよりもバンドギャップが広く、絶縁耐圧も原理的に�j(lu┛)きい。このため理�b的にはSiCの理�b限�cよりもGaNのそれの��(sh┫)がさらに限�cが広い。