GaNパワートランジスタを用いた高効率ワンチップインバータICを開発

～モータの低損失駆動を実現し、省エネルギー化に大きく貢献～
パナソニック株式会社

【要旨】
パナソニック株式会社は、省エネルギー化を実現するパワーデバイス材料として期待される窒化ガリウム（GaN）によるインバータICを開発した。同ICはそれぞれ独立に駆動できる低損失GaNトランジスタをワンチップに集積化することで、高効率モータ駆動を実現した。同インバータICは民生機器におけるモータ駆動をはじめ様々な応用分野への展開が可能。

【効果】
開発したインバータICはチップ内部で6個の横型GaNトランジスタを電気的に絶縁することで、ワンチップによるインバータ動作が可能となった。複数個のチップを用いた従来のSi系インバータICに比べて低損失で高速なスイッチングが実現できる。

【特徴】
今回開発したインバータICは安価で大口径化が容易なSi基板上において、同社独自のノーマリオフ型パワートランジスタであるGITを集積化したものであり、以下の特徴を有している。

横型で低損失なGaNトランジスタを採用
・オン抵抗[6] 2.0mΩcm2、オフ耐圧700V

独立駆動可能なGaNトランジスタを集積化し、高効率モータ駆動を実現
・インバータ変換損失を42％低減
（20W出力時　変換損失4.8％、従来のIGBTは8.3％）

基板材料コスト低減(参考：SiC基板と比較して1/100以下)

【内容】
同開発は以下の新規技術開発により実現した。

低オン抵抗かつ高耐圧を有する横型GITトランジスタ技術
開発したノーマリオフ型GITはオン抵抗が小さく高速スイッチングが可能であり、これにより、モータ駆動時のオン動作時およびスイッチング時の損失を大幅に低減した。

イオン注入による素子分離技術
安定に高抵抗を維持できる鉄（Fe）イオン注入により素子間耐圧900Vを実現しました。これにより、集積化したGaNトランジスタを独立に駆動することが可能となった。

Si基板上へのGaN結晶成長技術
GaNとSi基板の格子定数および熱膨張係数の不整合を緩和できる有機金属気相成長（MOCVD）技術の開発により、大口径Si基板上に高品質かつクラックフリーのGaN結晶を形成することに成功した。

【従来例】
従来は、Si系IGBTを複数個用いインバータ回路を構成していた。IGBTでは、ある電圧まで電流が流れないというオフセット電圧が存在するために高効率化に限界があった。

http://panasonic.co.jp/corp/news/official.data/data.dir/jn091207-1/jn091207-1.html