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「GaNパワーデバイス」において 日本が出願最多、バルク結晶分野で活発な活動

-令和3年度特許出願技術動向調査の結果について-

2022年4月27日

特許庁は、令和4年4月27日に、将来の市場創出・拡大が見込める最先端分野である「GaNパワーデバイス」の技術テーマについて、特許情報等を調査・分析した報告書を取りまとめました。
調査の結果、GaNパワーデバイスの分野において日本が最多の特許出願数となっており、特に縦型GaNパワーデバイスについては、その製造に必要なバルク結晶分野で活発な活動が行われていることが分かりました。

パワーデバイスは、鉄道や自動車等の車両等、様々な分野で応用されていますが、パワーデバイス素材の中でもシリコン(Si)結晶基板を使ったパワーデバイスでの特性改善が限界に近づきつつあります。窒化ガリウム(GaN)の材料特性は、バンドギャップはSiの約3倍の大きさで、絶縁破壊電界はSiの約11倍です。このため、GaNデバイスはSiデバイスと比べて、ドリフト層の厚さを薄くでき、熱損失の原因となるオン抵抗を小さくできるというメリットがあります。

GaNパワーデバイスの出願人国籍・地域別の出願件数(ファミリー件数)の動向をみると、日本国籍は全体の43.9%を占めています。次いで中国籍、米国籍、欧州籍、韓国籍と続きます。合計出願件数は、日米欧出願人からの出願数が減少したため、2012年をピークにその後の3年間は減少傾向にありましたが、2016年以降は中国籍からの出願が大幅に増加して、全体としては再び増加傾向に転じています。

GaNパワーデバイスには横型と縦型があり、縦型GaNパワーデバイスの実現に当たっては、縦型GaNパワーデバイスの製造に必要となるバルク結晶のコスト力、実用化に耐える品質の確保にかかっており、技術開発の進展次第という状況です。日本はバルク結晶分野において特許出願や論文発表で世界的に活発な活動をしており、コスト削減のブレークスルーと高信頼性を実現するバルク基板の研究開発推進が期待されます。縦型GaNパワーデバイスについては、理論的に優位性のある低オン抵抗、高耐圧、大電流特性を、具体的な数値として早期に明確にする必要があると考えられます。

1 対象技術・背景

注)赤字の項目は平成28年度調査時の技術俯瞰図に対し追加された技術区分である。

(2)調査結果:全体動向

3 調査結果:応用分野

4 調査結果と今後の展望