GaN-HEMTを2インチの多結晶ダイヤモンド基板上に作製住友電気工業と大阪公立大学

住友電気工業は2025年3月11日、大阪公立大学とともに、科学技術振興機構（JST）の共同研究プロジェクトにて、2インチの多結晶ダイヤモンド（PCD）基板上で窒化ガリウムトランジスタ（GaN-HEMT）を作製したと発表した。移動体通信、衛星通信分野での基幹デバイスの大容量化、低消費電力化を実現する重要なステップとなる。

高周波デバイスであるGaN-HEMTは、さらなる高周波化、高出力化が求められているが、動作時の自己発熱でデバイスの出力が制限されることで、通信の性能や信頼性が低下してしまうという課題がある。大阪公立大学はこれらに対処するため、GaN-HEMTの基板として熱伝導率が極めて高いダイヤモンドを活用し、放熱特性を向上させた。

ダイヤモンドの熱伝導率は、一般的にGaN-HEMTの基板に使用されるシリコン（Si）の約12倍、炭化ケイ素（SiC）の約4～6倍と優れた特性を持つため、基板として利用することで熱抵抗をそれぞれ4分の1、2分の1に低減できる。

Si、SiC、ダイヤモンド上に作製したGaN HEMTの放熱性の比較（同じ印加電力に対して温度上昇が小さいほど、放熱性に優れている）

これまでは多結晶ダイヤモンドの粒径が大きく、表面粗さ（5～6nm）も悪いため、はんだや接合材を使用しない窒化ガリウム（GaN）層への直接接合が困難とされていたが、住友電工のダイヤモンド基板研磨技術で表面粗さを従来の2分の1に抑えた。これに、Si基板から多結晶ダイヤモンド上にGaN層を移行させる大阪公立大学の技術を統合し、GaN層を2インチの多結晶ダイヤモンド上に直接接合することに成功した。

これにより、多結晶ダイヤモンド上へのGaN構造の実現と放熱特性の均一性を実証した。今後、量産化に向けた4インチ基板で、デバイス性能や接合状態の調整などを開発していく。

GaN-HEMTを2インチの多結晶ダイヤモンド基板上に作製　住友電気工業と大阪公立大学