新材料パワー半導体デバイスの最新技術動向(SiC、GaN、酸化ガリウム)筑波大学

摘要

パワーエレクトロニクスによる電力制御は、パワーデバイスによる低抵抗•高速スイッチング技術によって成り立っており、パワーデバイスの性能が電力制御の性能を左右すると言っても過言ではない。そんな中、より一層の性能向上に向け、シリコンよりもバンドギャップが大きいワイドバンドギャップパワー半導体デバイスに大きな期待が寄せられている。ワイドバンドギャップ半導体にはいくつかの種類があるが、パワーデバイス向けの材料として注目されているのは、炭化ケイ素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、ならびに酸化ガリウム(Ga_2O_3)などがある。これらの材料を適用することでオン動作時の導通抵抗が低減化でき、デバイスの低損失化が可能となる。また高温動作が可能であることと、特にSiCは高い熱伝導度特性を有していることから、パワエレ装置の冷却装置を小型化することが可能である。SiCダイオード(SBD)に関しては、家電•産業•鉄道車両用インバータに搭載されるなど広く実用化され、また、SiC-MOSFETやGaN-HEMTデバイスも太陽光PCS用インバータをはじめ、鉄道や自動車用途の実際の製品に搭載され始めているようである。