PSJGaNデバイスとは、分極超接合（Polarization Super-Junction: PSJ）構造を採用した窒化ガリウム（GaN）パワー半導体デバイスです。この特殊な構造により、従来の横型GaNデバイスでは難しかった超高耐圧領域（数kV級）への適用が可能となり、高い効率と高速性を両立させます。
GaNの強みである高速スイッチング特性を維持しつつ、特にEV、再生可能エネルギー、産業機器などで求められる高電圧・大電流用途への応用が期待されています。
PSJGaNデバイスの構造と高耐圧化のメカニズム
PSJGaNデバイスは、主にドレイン耐圧の向上を目的として、GaNデバイスの主要な部分であるドリフト層に工夫を凝らしています。
1. 構造の核心：分極超接合（PSJ）
従来のGaN: 一般的な横型GaNデバイス（HEMTなど）は、ドレイン電極とゲート電極間の距離を長くすることで耐圧を稼ぎますが、これはオン抵抗の増加につながります。
PSJ構造: PSJは、GaNの持つ自発分極と圧電分極の特性を利用して、p型とn型の層を交互に垂直に積層した構造です（超接合構造）。
2. 高耐圧化のメカニズム
電界の分散:p層とn層を交互に配置することで、デバイスに高電圧（ドレイン電圧）がかかった際、ドリフト領域全体の電界が均一に分散されます。これにより、特定の箇所への電界集中を防ぎ、絶縁破壊（ブレークダウン）耐量を劇的に向上させます。
耐圧の比例性: PSJ構造の長さ(PSJ長）を長くするほど、電界を分散させる距離が伸び、耐圧も比例して増加します。研究では、PSJ長が 100μｍ程度で6000 Vを超える耐圧が確認されており、超高耐圧化への道を開いています。
PSJGaNデバイスのメリット
PSJ構造は、GaNデバイスが本来持つメリットを、高耐圧領域でも実現させます。
メリット | 詳細 |
超高耐圧の実現 | 従来の横型GaNデバイスが実質的に1200 V程度が上限であったのに対し、6000 V以上の耐圧も設計可能となり、SiCの主要な耐圧領域と競合します。 |
低損失・高速スイッチング | 従来の耐圧向上手法と異なり、オン抵抗の増大を抑えつつ高耐圧を実現するため、GaNの持つ高速スイッチング特性を維持できます。これにより、電力変換ロスが極めて低い装置が実現します。 |
装置の小型・高効率化 | 低損失であるため、発熱が少なく、冷却システムを小型化できます。また、高速スイッチングにより受動部品も小型化できるため、電力変換装置全体の小型化と高効率化に大きく貢献します。 |
この動画は、通常のパッシブプローブと光アイソレーション差動プローブの違いを比較し、正確に観測するために光アイソレーション差動プローブが必要であることを示しています。
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第10回 パワーデバイスの最新応用例(特にSiCなど次世代パワーデバイスを中心に解説) e)UPS f) インダクション・ヒーター
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第11回 パワーデバイスの最新応用例(特にSiCなど次世代パワーデバイスを中心に解説) g) 急速充電 h) ワイヤレス給電
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第12回(シリーズ最終回) SiCパワー半導体の電気自動車EVへの使用例（走行用インバータ、オンボード充電器を一気に解説）
• ⑫SiCパワー半導体の電気自動車EVへの使用例（走行用インバータ、オンボード充電器を...
【本パワエレ基礎コースの目次】
１．パワーエレクトロニクスの基本の基本編 a)パワー半導体デバイスの種類 次世代パワー半導体の理解を目的に分類し特長を解説 (整流ダイオード、バイポーラトランジスタ、MOSFET、IGBT、GTO) b)そもそも電力変換って、何のために、何をしてるの？ ４方式(DCDC、DCAC、ACDC、ACAC)の例を挙げて理解
２．損失の考え方と電力変換の高効率化 a)電力変換とは？その測定例 b)高効率が求められる背景 c)MOSFET損失の簡単な計算例 d)Web回路シミュレーターの活用
３．次世代パワーデバイスの種類と概説 a)Si-IGBTの新構造が続々登場 b)シリコンカーバイド c)窒化ガリウム d)酸化ガリウム e)ダイヤモンド
４．パワーデバイスの最新応用例 （特にSiCなど次世代パワーデバイスを中心に解説） a)PFC回路 b)サーバー、通信 c)太陽光発電 d) 蓄電システム e) ＵＰＳ f)インダクション・ヒーター g)急速充電 h) ワイヤレス給電 i) 電気自動車への利用（オンボード充電器、トラクションモーター）
５. その他(本シリーズ外で動画公開中＋順次新規公開) a)パワーデバイスの市場動向(２，３カ月毎) b)パワーMOSFETの高性能を引き出す設計例 c)新興アプリケーション紹介
--------このチャンネルの目的------------
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出典：SiCパワー半導体推進部
