GaNの基礎：2DEG、結晶構造、性能指数

窒化ガリウム（GaN）のパワー・デバイスは、ワイド・バンドギャップ特性と、高速かつ低損失動作に最適化した横型HEMT構造を組み合わせることで、スイッチング・コンバータの限界を再定義しています。この記事では、100～650 VクラスのシリコンMOSFETの自然の後継としてGaNを位置づけ、材料の性能指数FOM（figures of merit）が直接、オン抵抗の低減、スイッチング周波数の高速化、はるかに高い電力密度を、競争力のあるコストで実現する方法を示します。

シリコンのパワーMOSFETは、1970年代後半からスイッチング電源変換の進化を牽引し、多数キャリア動作、耐久性、駆動の容易さといった特徴から、バイポーラ・トランジスタに取って代わってきました。数10年にわたり、セルのピッチ、トレンチ、スーパージャンクションといった構造的な改良が継続的に行われ、耐圧と製造性を維持しながらオン抵抗R_DS(on)を低減してきました。ただし、シリコンは現在、100～600 Vの電圧範囲における単極性デバイスの理論的な限界にほぼ達しています。

米EDN誌

2026年3月

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