世界最高効率の省電力マイクロ波パワーアンプを開発
～ 高効率GaN-HEMTにより電力の無駄を従来比25%低減、持続可能社会の実現 ～

これにより、パワーアンプの損失を従来比で約25%低減させることに成功しました。この技術を適用することにより、将来のセンシングやネットワークなどに使用される電波利用機器の大幅な省電力化を実現することが期待されます。

なお、本技術の詳細は、論文誌「Applied Physics Express」に掲載されています。

現代社会には様々な電波利用機器があまねく存在し、私たちは便利かつ豊かな生活を送っています。これらの機器の中には多くの電子部品が使われていますが、電力を100%有効に使うことは難しく、多くのエネルギー損失が生じています。この損失は電波の周波数が高くなるほど増える傾向にあり、例えばレーダーや無線通信などに用いられるマイクロ波やミリ波とよばれる電波は、ギガヘルツ（以下、GHz）という非常に高い周波数であり、その電気信号を増幅するパワーアンプの効率は30%から70%程度と決して高いものではありません。今後、無線通信のデータトラフィック量は2030年に現在の約80倍と急激な増加が見込まれており、通信大容量化のために更なる高周波化が進むと考えられます。また電波の高周波化はレーダーの高解像度化にも有効ですが、パワーアンプの効率低下により機器の消費電力は大きく増加することが予想されます。地球環境に配慮し持続可能な社会を実現するためには、これらの損失を低減することが必要であり、より高い電力変換効率を持つパワーアンプが求められています。

従来のGaN-HEMTパワーアンプは、炭化シリコン（以下、SiC）やシリコン（以下、Si）などのGaNとは異なる材料からなる基板の上に半導体結晶層（GaNエピタキシャル層）を成膜し作製されています。しかし、異なる基板上のGaNエピタキシャル層には多数の結晶欠陥が含まれてしまい、パワーアンプの高電圧動作時にこの結晶欠陥がGaNエピタキシャル層内を走行する電子を捕獲してHEMTの電流低下を招きます（図1）。その結果、GaNパワーアンプの出力や電力変換効率が低下するという問題がありました。

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