三菱電機、GaN基板で高周波トランジスタの動作安定化を実証

ニュースの要点

三菱電機は2026年11月9日、窒化ガリウム（GaN）の基板を使った高周波トランジスタで、周波数によって電流の値が変動する「周波数分散」を大幅に抑えられたと発表しました。環境省の委託事業の一環で、高周波機器の補正回路を簡素化するため、素子の特性を調べました。

同社は、従来主流の炭化ケイ素（SiC）基板とGaN基板に、それぞれGaNの薄い層を形成した素子を比較しました。結晶の欠陥の影響を考慮した回路解析で、GaN基板を使うと、周波数による電流の変動を抑えられることを確認しました。

用途として想定するのは、産業用マイクロ波加熱、通信機器、レーダーなどです。同社は出力と効率を高め、2030年頃の社会実装を目指します。今回の発表は素子での実証で、実機の消費電力削減率や量産の開始を示したものではありません。

ニュース出典: 三菱電機（PR TIMES配信）「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」（2026年11月9日）

イノベーション総研の考察

今回の結果は、周波数によって動作が変わりにくい素子を設計できる可能性を示します。高周波機器を作る企業が採用を決めるには、素子の特性だけでなく、補正に使う部品を減らしても機器が必要な出力を出せるか、熱を処理できるかを確かめる必要があります。

結晶の欠陥による電流の変動を、基板の材料から抑える

これまで複雑な回路で補ってきた変動を、素子の材料と構造から抑えようとする検証です。

高周波機器に使うトランジスタでは、周波数によって電流の流れ方が変わると、意図した出力を保つために補正が必要になります。三菱電機によると、SiC基板の上にGaN層を作る従来の方法では、異なる材料の境界で結晶欠陥が生じます。今回の分析では、その欠陥が動作へ及ぼす影響を調べ、GaN基板を使った素子で周波数分散を抑えられることを確認しました。

機器の設計側から見れば、補正を単純にできれば、回路の面積や追加の電力を減らせる可能性があります。ただし、どの用途でも補正が不要になるとは限りません。今回の比較は特定の素子の試験であり、装置に組み込んだ状態で何％の電力が減るかは示していません。

高出力の装置では、補正回路の電力と冷却の負担を合わせて比べる

素子の動作が安定しても、機器全体で優れるかは、熱や必要な出力を含めて比較しなければ分かりません。

既存のSiC基板には、熱を伝えやすく発熱対策に向くという利点があります。例えば産業用の加熱装置では、一定の出力を長時間保つために、発生した熱を安定して逃がす必要があります。基板を変えて補正回路を減らせても、冷却装置や別の部品が増えるなら、装置全体の大きさや電力が同じように減るとは言えません。

開発の担当者の方は、同じ出力と稼働時間にそろえ、素子、補正回路、冷却に使う電力を別々に記録できます。環境温度や周波数が変わったときも安定して使えるかを試します。短時間の測定で差が出ても、長時間動かすと差が縮む場合は、先に使う用途や出力帯を限定する判断ができます。

例えば装置の設置先で冷却設備を増やせない場合は、補正回路の小ささだけでは採用できません。現行の筐体や電源で運転を続けられる範囲を先に示し、その範囲で比較すれば、素子の改良が実際の設置条件を広げたかを判断できます。

量産投資の基準は、性能の再現と部品の調達を別々に置く

次の段階へ進むには、試作で確認した特性が複数の素子で再現し、必要な量を費用内で調達できるかを確かめます。

新しい基板を採用するときは、試作時に性能が出ることと、同じ条件で作った素子が製品の規格を満たす割合を分けます。基板を供給できる企業や納期が限られる場合、装置の価格や生産計画にも影響します。従来品の補正回路を改善する方が安く、調達条件も安定しているなら、新しい基板を急いで全機種に広げる必要はありません。

三菱電機は今後、さらに高出力・高効率の素子を開発する方針です。次の観測点は、想定する機器での試験が行われ、動作温度や運転時間をそろえた比較が示されるかです。出力、冷却、耐久性のどれかが条件を満たさないなら、量産の判断を進めず、先に設計を直す範囲を決めます。

まとめ

三菱電機はGaN基板を使い、高周波トランジスタの周波数分散を抑えられることを確認しました。採用の判断では、補正回路を減らした分だけでなく、同じ出力で冷却や周辺回路を含む消費電力を比べます。機器での再現性と部品の調達を確かめることが次の段階です。

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