これを�戮垢茲Δ�GaNデバイスを無�@のベンチャーが開発した。パワー半導��を志すパウデック（Powdec）社だ。元ソニー中央研�|所出身の�Q合弘�E��(hu━)が2001�Q5月に創業した会社であるが、独�Oに開発した高耐圧GaNをコアとしてパワー半導��の新分野を切り開こうとしている。�Z�I10余�Q、2013�Qに����を申�弌�以�T13�Pの基本����を�D�u(p┴ng)した。�L(zh┌ng)外����も9�P所�~する。

これまで実際に試作を行い、高耐圧動作を実証するのに10�Q以�屬�かった。この間、耐圧3300V、6600V、1万Ｖの横型GaN HEMTパワートランジスタを開発試作してきた。�\術開発��はあってもこの間、ビジネスはなかなか進まなかった。しかし、ようやく最�ZになってGaNビジネスが立ち�屬�り始めた。2020�Q4月に代表�D締役社長に��任した成井啓�T��(hu━)（図1）は、EV（電気�O動�Z）�x場の期が�^し始めたと見る。

図1　パウデック社代表�D締役の成井啓�T��(hu━)（左）と同社�D締役・電子デバイス�\術総括の八�v�T�k��(hu━)（��）

EVでは約4Vのリチウムイオン電池セルを直�`に100個��度接��した400Vのバッテリパックがモーターを動かすエネルギーとなる。400Vのエネルギーをオンオフさせることでモーターを動かす交流を�擇濬个垢錣韻世�、ここに650Vあるいは750V耐圧のパワートランジスタが使われてきた。しかし、最�Zの���]充電ではこの��度の耐圧では不�科�。800Vをクルマに加えて�j(lu┛)電��で充電するからだ。このためパワートランジスタには1200V��度の耐圧が求められる。��(c┬)渡的にノイズなどで1000V��度の高電圧が加わることも配慮している。現在、SiCがTeslaのEV「モデル3」に採��されている。しかしSiCは高価なため普及が進んでいない。

サファイア基���屬坊狙�されるGaNは、�E色LEDや照����白色LEDですでに20�Q以�屬亮太咾魴eっており、SiCほど高価ではない。しかし、これまでは数10Aの電流を流すパワー半導��では650Vまでしか耐圧がもたない、と言われてきた。その考えを�戮攻\術がパウデックのパワー半導���\術である。

�~単にそれを紹介しよう。GaNパワー半導��は、これまでは富士通が発��したHEMT（高�‘暗戰肇薀鵐献好拭帽暑]を基本とし、電流は半導��表�Cに流れる横型タイプであった。パウデックは、この構�]に�}を加えて、電圧が加わったときに電�c��(d┛ng)度を�k定にする構�]（アンドープのGaN層）を導入したのである。

HEMT構�]のトランジスタは、バンドギャップの広いAlGaN層とドープしないGaN層との�c�Cに2次元電子ガスを発�擇気察▲疋譽ぅ鵑�らソースへ平�C�屬鯏杜�が流れるデバイスである（図2）。サファイア基���屬離▲鵐鼻璽�GaNとさらにバンドギャップの広いAlGaNとの間の�c�CのアンドープGaN�笋凡pって2次元電子がソースからドレインへ走行していく。平�C的に電子が走ることで、不純���g乱や格子�g乱の影�xをまともに�pけにくいことから電子�‘暗戮�高く低�B�^で電流を流すことができる。p型GaNのゲートにマイナスの電圧をかけるとアンドープGaNに空��層が広がり2次元電子ガスを遮��することで電流をカットする。いわゆるノーマリオン型のFETの�k�|である。

図2　��来のHEMT構�]に加えて、ゲートp-GaNとAlGaNとの間にアンドープのGaNを加えたことで、AlGaN層内�陲吠�極を�擇犬気察�逆バイアスをかけた時に��ての2次元電子ガスを素早く排除できるようにした。このことでドレインーソース間の電�cが均�kになり耐圧を�屬欧蕕譴襪茲Δ砲覆辰拭―儘Z：パウデック

負のゲート電圧による空��層はチャンネルまで�Pびてきて2次元電子ガスをカットすることで電流が流れないだけではなく、ドレインとソースに残った2次元電子ガスも素早く排除することでチャンネル����に渡り電�c��(d┛ng)度が�k定になり、局所的に電�cが高いところがなくなる。これが高耐圧にできたカギである。�k般に電子や��孔が残っていれば局所的に電�cが変わりそこに電�cが集中すれば耐圧は低くなる。パウデックのHEMTでは、AlGaN膜の�屬砲気蕕吠未離▲鵐鼻璽�GaN層を設け、AlGaN膜の�峅爾謀纏劼蕃�孔のミラー構�]を設けることで、キャリアを素早く�sけるようにし、電�c集中を�cけ電�c��(d┛ng)度を�k定に保つようにした。

���]�屬任癲▲薀鵐���(c┬)�XによるMOCVD（�~機金�鏖蹴愿�気相成長）����においてウェーハを炉心管内の�W井に配��し反応ガスが�W井のウェーハに�\積するようにした。��来の����では炉心管の�fにウェーハを配��しその�屬��\積していたが、炉心管の�W井にも�\積する�收��颪�ウェーハ�屬砲箸�どき��がれ落ちてしまうことがあったため、均�kな薄膜を形成することが�Mしかった。歩�里泙蠅��屬�らなかったという。

これら二つの基本�\術の����を�D�u(p┴ng)している。しかも試作で確認しており、これらがパウデックの基本�\術となる。

なぜ横型のHEMT構�]にこだわるのか、またシリコン基��を使わずにサファイア基��を使うのか。実はシリコン基���屬�GaNは、これまで低コストにできることから期待されていたが、�T晶�L(f┘ng)陥が�Hすぎて、HEMTなどのトランジスタではリーク電流が�Hすぎて実��的ではないという（図3）。また、Si基��は�c�C��位の�Hい（111）�CでGaNを成長させているため、�~単にはSi LSIを集積できない。

図3　�e型SiCとGaN、さらにGaN-on-Siliconとも比較　出�Z：パウデック

�k��(sh┫)でウェーハの裏�Cから表�Cに流れる�e型のGaN�T晶の研�|もある。しかし、SiCと同様、高価だ。また?j┤)e��(sh┫)向に走っている�T晶�L(f┘ng)陥に�pって電流が流れると�L(f┘ng)陥が�\えてくるという。このため信頼性が�Kかった。この点、サファイア基���屬�GaNで構成する横型HEMTはリーク電流が少なく、�j(lu┛)電流が�Dれるという。しかもサファイアは絶縁��であるから100µm��度に薄く削ることでパッケージの金�鏨韶�にそのままつなぐことができる。さらにその基��を放�Xフィンにも直�Tできる。

デバイスの電流電圧などの����性だけではなく、スイッチング��性などの動��性も�R定している。デバイスもトランジスタだけではなくショットキーバリアダイオードも��作している。例えばトランジスタに400Vの直流電圧をかけ、20Aをインダクタ負荷のテスト�v路において周�S数1MHzでスイッチングする�S形も�R定している。ターンオン時間15.6ns、ターンオフ時間15.7nsときれいな�S形を��(j┤)している。またショットキーダイオードは、ノイズの少ない逆�v復�S形を��(j┤)している。

パウデックのビジネスモデルは、3インチと4インチのサファイアウェーハ�屬�GaNエピタキシャル層を形成したウェーハの販売と、GaNトランジスタの���]販売、さらにゲートドライバICも搭載したパワーモジュールの���]販売、およびライセンス/ロイヤルティ販売である（図4、5）。小さなビルの試作工場にクリーンルームを設��し、�T晶成長からデバイス��作まで�}�Xける。試作開発��の���]ラインであるため、GaNトランジスタの��作には直径3インチと4インチのサファイアウェーハ基��を使っている。試作したGaNトランジスタのチップ�C積は6mm×4mm。1��のウェーハから数�恩弔箸譴襦�

図4　GaN����（中央）とそれを?y┐n)�作し�?インチのGaNウェーハ（左）

図5　試作したGaNパワートランジスタを使ったモジュール基���Q�|

信頼性試�xも終えており、高�a(b┳)逆バイアス試�xでは、150°C、1400Vで100時間、24個のデバイスをテストした。その�T果、1000時間後でも�sれたダイオードはゼロであった。

成井��(hu━)は「GaNは日本�擇泙譴糧焼���だからこそ、（今は��(sh━)国のNavitasやPower Integrationsに負けているが）�rり返していきたい」とその�X�Tを語る。